Enhanced Photoresponse of High Crystalline Bi2Se3 Thin-Films Using Patterned Substrates

材料科学 结晶度 薄膜 异质结 光电子学 光电流 蓝宝石 化学气相沉积 纳米技术 光学 复合材料 物理 激光器
作者
Hak Dong Cho,Juwon Lee,Deuk Young Kim,Sung Yun Chung,Jong‐Kwon Lee
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (18): 22274-22281 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.3c02501
摘要

High-quality Bi 2 Se 3 thin films with topological insulating properties at room temperature have recently attracted much attention as one of the promising materials for realizing innovative electronic and optoelectronic devices. Here, we report the high crystallinity growth of Bi 2 Se 3 thin films on a patterned sapphire substrate (PSS) by using a vapor-phase transport deposition with minimizing thermal dissociation of Se atoms vaporized in Bi 2 Se 3 powder. This PSS not only reduces the large dislocation of heterogeneously grown Bi 2 Se 3 on a sapphire substrate but also induces enhanced light absorption in the visible to near-infrared (IR) ranges compared to Bi 2 Se 3 on planar sapphire substrates. Thus, the Bi 2 Se 3 thin film laterally grown on the PSS reveals uniform surface properties and high crystallinity in the rhombohedral lattice phase with a full width at half maximum of 0.06° for the XRD (003) peak. Also, the photoresponse of the fabricated IR conversion device using Bi 2 Se 3 /PSS heterostructure exhibits excellent performance and high reliability with no degradation after continuous switching. As a result, the device constructed with the Bi 2 Se 3 /PSS exhibits one order of magnitude higher NIR induced-photocurrent and 1–2 orders of magnitude faster photo-switching than that with Bi 2 Se 3 /Al 2 O 3 . Such an enhancement in the device performance of Bi 2 Se 3 /PSS is confirmed by the increased absorption spectra in visible and NIR ranges and the improved light absorption distribution.
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