High-performance solar-blind photodetector based on amorphous BN in harsh environment operations

响应度 光电探测器 材料科学 光电子学 光电流 带隙 无定形固体 光电导性 化学气相沉积 化学 有机化学
作者
Le Chen,Jiajin Tai,Deyu Wang,Shuo Wang,Hongwei Liang,Hong Yin
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:124 (4) 被引量:4
标识
DOI:10.1063/5.0183711
摘要

High-performance solar-blind photodetectors capable of operating in extreme environments are desirable for a wide range of applications, such as engine control, down hole drilling, space exploration, and environmental monitoring. Boron nitride (BN), with an ultrawide bandgap and high band edge absorption coefficient, is especially suitable for such application scenarios owing to its chemical and structural stability at high temperatures and radiative conditions, which, however, in turn, brings difficulties in synthesis of large-area continuous single crystalline BN. Here, we report highly robust solar-blind photodetectors based on amorphous BN (a-BN) films that can operate at high temperatures and high electric fields. The a-BN films are dense and uniform, grown at 500 °C using dual beam-assisted deposition method. The a-BN-based photodetectors exhibit high performance with a responsivity of 0.56 mA/W at 20 V under UV illumination of 222 nm and a high rejection ratio (R222 nm/R295 nm > 200 and R222 nm/R315 nm > 500). More importantly, these photodetectors demonstrate excellent responsivity and stability at high temperatures up to 500 K and high bias of 200 V without breakdown. The photocurrent mechanism at elevated temperatures is analyzed by temperature-dependent decay time of the temporal response, showing the electron–phonon interaction and self-trapped holes are dominant. Our work suggests that the deposition of such a-BN films offers a promising strategy toward highly environment-resistant solar-blind photodetectors.
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