Разработка ученых Южной Кореи повысила эффективность фотодиодов
В последние годы инженеры пытаются разработать новые стратегии проектирования, которые могли бы ещё больше повысить производительность фотодиодов и эффективность преобразования ими света в электричество. Один из предложенных подходов предполагает их изготовление с использованием двумерных (2D) полупроводников, толщина которых составляет всего несколько атомных слоёв и которые обладают полезными свойствами.
Несмотря на свой потенциал, многие фотодиоды на основе двумерных полупроводников, созданные на сегодняшний день, работают не так хорошо, как ожидалось. Во многом это связано с явлением, известным как фиксация уровня Ферми, которое подразумевает фиксацию энергетического уровня на границе раздела между металлом и полупроводником.
Исследователи из Корейского института науки и технологий (KIST), Корейского университета, Университета Ёнсе и других институтов Южной Кореи разработали и изготовили новые межслойные контакты с проводящими мостиками, которые могут способствовать улучшению переноса заряда в двумерных фотодиодах. Их статья, опубликованная в Nature Electronics, может открыть новые возможности для дальнейшего развития оптоэлектронных устройств.
«Фотодиоды на основе двумерных полупроводников применяются в оптоэлектронных устройствах, но их эффективность ограничена сильным закреплением уровня Ферми на контактах металл-полупроводник», — написали Джису Джанг, Чон Пё Хонг и их коллеги в своей статье. «Типичные контакты металл-прослойка-полупроводник могут решить эту проблему, но также могут привести к увеличению последовательного сопротивления. Мы разработали межслойный контакт с проводящим мостиком, который обеспечивает как отщепление уровня Ферми, так и низкое сопротивление.
Проводящий мостовой межслойный контакт, разработанный Чангом, Хонгом и их коллегами, по сути представляет собой тонкий изолирующий слой, который отделяет металл внутри фотодиода от двумерного полупроводника. Этот тонкий межслойный материал состоит из оксида с вкраплёнными в него нанокластерами золота (то есть крошечными проводящими частицами).
«Мы создаём оксидный промежуточный слой, который разделяет металл и полупроводник, а встроенные золотые нанокластеры в промежуточный слой действуют как проводящие пути, которые способствуют эффективному переносу заряда», — написали Чан, Хонг и их коллеги. «С помощью этих контактов мы изготавливаем фотодиод из дисульфида вольфрама (WS2) с фоточувствительностью 0,29 А Вт−1, линейным динамическим диапазоном 122 дБ и эффективностью преобразования 9,9%».
В рамках своего недавнего исследования учёные интегрировали разработанные ими проводящие мостовые межслойные контакты в фотодиод на основе WS2. Они обнаружили, что этот межслойный контакт эффективно снижает нежелательные электронные взаимодействия, такие как привязка к уровню Ферми, тем самым повышая эффективность преобразования энергии фотодиодом.
«Наш подход также обеспечивает платформу для изучения динамики фотоносителей, и мы обнаружили, что контактная рекомбинация существенно влияет на производительность фотоэлементов», — написали Чан, Хонг и их коллеги. «Кроме того, мы продемонстрировали потенциал использования фотодиодов с такими межслойными контактами в качестве полноцветных двух- и трёхмерных imagers».
В будущем новые межслойные контакты с проводящими мостиками, разработанные этой группой исследователей, можно будет интегрировать и протестировать в других оптоэлектронных устройствах на основе двумерных полупроводников. В конечном итоге они могут способствовать развитию широкого спектра технологий, включая системы связи, визуализации и датчики.
Сообщение Разработка ученых Южной Кореи повысила эффективность фотодиодов появились сначала на Время электроники.