Onderzoekers in Singapore en China hebben samengewerkt om een ​​zelfaangedreven fotodetector te ontwikkelen die kan worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, zoals chemische analyse, communicatie, astronomische onderzoeken en nog veel meer.

Typisch, fotodetectoren hebben een externe spanning nodig om de drijvende kracht te leveren voor het scheiden en meten van door foto gegenereerde elektronen waaruit de detectie bestaat. Om deze behoefte te elimineren, het onderzoeksteam onder leiding van Junling Wang en Le Wang van de Nanyang Technological University in Singapore ontwikkelde een roman, gevoelige en stabiele fotodetector op basis van een halfgeleidende junctie genaamd een GdNiO ₃ /Nb-gedoteerde SrTiO ₃ (GNO/NSTO) pn heterojunctie. Een inherent elektrisch veld op de GNO/NSTO-interface vormt de drijvende kracht voor een efficiënte scheiding van fotogegenereerde dragers, waardoor er geen externe voedingsbron nodig is.

Naast de zelfaangedreven functie, Wang en zijn team rapporteren dat de materiaaleigenschappen zijn afgestemd om een ​​brede gevoeligheid te bereiken. Voor deze verbindingen het meeste onderzoekswerk tot nu toe was gericht op het bestuderen van de oorsprong van de metaal-isolatorovergang, maar dit team pakte het anders aan.

De eigenschappen van perovskiet-nikkelaten, de categorie zonnecelmaterialen waarin deze structuur valt, zijn erg gevoelig voor zuurstofgehalte. Deze gevoeligheid maakt fijnafstemming van de uiteindelijke elektronische structuren mogelijk door de zuurstofomgeving tijdens filmafzetting te variëren (constructie van de heterojunctie).

"Ons werk is nieuw en bevestigt dat nikkelaatfilms afstembare bandhiaten hebben met verandering van de zuurstofvacatureconcentratie, waardoor ze ideaal zijn als lichtabsorberende materialen in opto-elektronische apparaten, " zei Wang. "Met behulp van de zelfaangedreven fotodetector die we hebben ontworpen, we bestuderen de fotoresponsiviteit met behulp van lichtbronnen met verschillende golflengten, met een significante fotorespons die optreedt wanneer de lichtgolflengte afneemt tot 650 nanometer", zei Wang.

Een belangrijke uitdaging bij het ontwikkelen van deze fotodetector was het bepalen van de juiste bandstructuur, of energiestructuur beschikbaar voor elektronen, van de 10 nanometer dikke GNO-films.

"Om de bandstructuren te verkrijgen, we gebruikten zowel spectroscopische ellipsometriemetingen als ultraviolette foto-elektronspectroscopie (UPS) metingen, " zei Wang. Met behulp van de afgeleide waarden voor de optische bandgap van deze metingen, samen met bekende limieten en waarden voor GNO-films, ze konden de energieniveaus en werkfuncties van de verschillende componenten in de apparaten in kaart brengen.

Het team hoopt meer materialen met vergelijkbare functies te verkennen. "Een van de opmerkelijke kenmerken van nikkelaten [...] is de afhankelijkheid van hun fysieke eigenschappen van het gekozen zeldzame aarde-element, "zei Wang. "Tot nu toe, we hebben alleen GdNiO3-film bestudeerd, maar daarnaast kunnen we ook andere "R"-NiO . onderzoeken ₃ films waarbij "R" Nd (neodymium) kan zijn, Sm (animiteit), Er (erbium) en Lu (lutetium) en bestuderen hun mogelijke toepassingen in de fotodetector."

Het team is ook van plan om de prestaties van de fotodetector te verbeteren door een isolerende SrTiO . toe te voegen ₃ (STO) laag ingeklemd tussen de GdNiO ₃ film en NSTO-substraat.

Dit nieuwe werk heeft een groot potentieel voor toepassingen met opto-elektronische apparaten. "We zijn van mening dat dit artikel verdere studies zal stimuleren en de potentiële toepassingen van systemen op basis van nikkelaten zal vergroten, " zei Wang.