Polarization-sensitive UVA photodetector based on heterojunction of ITO and rare-earth doped bismuth ferrite ceramics

材料科学 铋铁氧体 光探测 光电探测器 光电流 异质结 光电子学 极化(电化学) 电介质 铁电性 多铁性 物理化学 化学
作者
Haidee Mana-ay,Cheng‐Sao Chen,Xinhao Wang,Chi‐Shun Tu,Pin-Yi Chen
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:48 (15): 22083-22095 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.04.200
摘要

Ferroelectric photovoltaic materials have been subjected to intensive research in view of their applications for high-performance self-biased UV photodetectors. This work reports the ferroelectric polarization-enhanced near-UV (λ = 405 nm) and UVA (λ = 360 nm) photoresponse of the indium-tin-oxide (ITO)/(Bi 0.93 Sm 0.07 )FeO 3 /Pt and ITO/(Bi 0.93 Gd 0.07 )FeO 3 /Pt heterostructures. A superior photoresponse was observed in the ITO/(Bi 0.93 Gd 0.07 )FeO 3 /Pt device with photoresponsivity of ∼ 7.3 × 10 − 2 A / W , specific detectivity of ∼ 2.5 × 10 11 Jones , and response times of τ r ∼1 ms and τ d ∼1 s under 360-nm light illumination. The photocurrent generation is facilitated by the interfacial E fields and ferroelectric polarization-induced E field. The improved photosensing ability is ascribed to the collective effect of the electric field-enhanced interaction between oxygen 2 p and Fe 3 d orbitals and the interconnection of grain boundaries and domain walls that plays roles of charge transport paths. (Bi 0.93 Gd 0.07 )FeO 3 exhibited a more superior photoresponse than (Bi 0.93 Sm 0.07 )FeO 3 due to its more complex domain structure, smaller bandgap, and stronger orbital hybridization. These results demonstrate the feasibility of utilizing the ferroelectric polarization and domain structure in (Bi 0.93 Gd 0.07 )FeO 3 to enhance photodetection, thus providing a route for the realization of a highly sensitive and self-biased visible-UVA photodetector.

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