Breaking the Responsivity‐Bandwidth Trade‐Off Limit in GaN Photoelectrodes for High‐Response and Fast‐Speed Optical Communication Application

材料科学 响应度 光电探测器 光电子学 氮化镓 带宽(计算) 纳米线 光通信 纳米技术 图层(电子) 计算机科学 电信
作者
Shi Fang,Liuan Li,Danhao Wang,Wei Chen,Yang Kang,Weiyi Wang,Xin Liu,Yuanmin Luo,Huabin Yu,Haochen Zhang,Muhammad Hunain Memon,Wei Hu,Jr‐Hau He,Chen Gong,Chengjie Zuo,Sheng Liu,Haiding Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (37) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/adfm.202214408
摘要

Abstract Underwater optical communication (UOC) has attracted considerable interest in the continuous expansion of human activities in marine/ocean environments. The water‐durable and self‐powered photoelectrodes that act as a battery‐free light receiver in UOC are particularly crucial, as they may directly face complex underwater conditions. Emerging photoelectrochemical (PEC)‐type photodetectors are appealing owing to their intrinsic aqueous operation characteristics with versatile tunability of photoresponses. Herein, a self‐powered PEC photodetector employing n‐type gallium nitride (GaN) nanowires as a photoelectrode, which is decorated with an iridium oxide (IrO x ) layer to optimize charge transfer dynamics at the GaN/electrolyte interface, is reported. Strikingly, the constructed n‐GaN/IrO x photoelectrode breaks the responsivity‐bandwidth trade‐off limit by simultaneously improving the response speed and responsivity, delivering an ultrafast response speed with response/recovery times of only 2 µs/4 µs while achieving a high responsivity of 110.1 mA W −1 . Importantly, the device exhibits a large bandwidth with 3 dB cutoff frequency exceeding 100 kHz in UOC tests, which is one of the highest values among self‐powered photodetectors employed in optical communication system.
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