Structural Engineering of Nano‐Grain Boundaries for Low‐Voltage UV‐Photodetectors with Gigantic Photo‐ to Dark‐Current Ratios

材料科学 光电探测器 暗电流 光电子学 纳米颗粒 晶界 缩颈 紫外线 光电二极管 透射率 纳米技术 光学 复合材料 微观结构 物理
作者
Noushin Nasiri,Renheng Bo,Hongjun Chen,Thomas P. White,Lan Fu,Antonio Tricoli
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:4 (11): 1787-1795 被引量:51
标识
DOI:10.1002/adom.201600273
摘要

Ultraporous networks of ZnO nanoparticles (UNN) have recently been proposed as a highly performing morphology for portable ultraviolet light photodetectors. Here, it is shown that structural engineering of the nanoparticle grain boundaries can drastically enhance the performance of UNN photodetectors leading to gigantic photo to dark current ratios with operation voltages below 1 V. Ultraporous nanoparticle layers are fabricated by scalable low‐temperature deposition of flame‐made ZnO aerosols resulting in highly transparent layers with more than 95% visible light transmittance and 80% UV‐light absorption. Optimal thermally induced necking of the ZnO nanoparticles increased the photo‐ to dark‐current ratio, at a low light density of 86 μW cm −2 , from 1.4 × 10 4 to 9.3 × 10 6 , the highest so far reported. This is attributed to the optimal interplay of surface depletion and carrier conduction resulting in the formation of an open‐neck grain boundary morphology. These findings provide a robust set of guiding principles for the design and fabrication of nanoparticle‐based optoelectronic devices.
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