Black-Silicon Ultraviolet Photodiodes Achieve External Quantum Efficiency above 130%

光电二极管 量子效率 紫外线 光电子学 材料科学 黑硅 量子 光学 物理 量子力学
作者
M. Garín,Juha Heinonen,Lutz Werner,Toni P. Pasanen,Ville Vähänissi,Antti Haarahiltunen,Mikko Juntunen,Hele Savin
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:125 (11) 被引量:52
标识
DOI:10.1103/physrevlett.125.117702
摘要

At present, ultraviolet sensors are utilized in numerous fields ranging from various spectroscopy applications via biotechnical innovations to industrial process control. Despite of this, the performance of current UV sensors is surprisingly poor. Here, we break the theoretical one photon - one electron barrier and demonstrate a device with a certified external quantum efficiency (EQE) above 130% in UV range without external amplification. The record high performance is obtained using a nanostructured silicon photodiode with self-induced junction. We show that the high efficiency is based on effective utilization of multiple carrier generation by impact ionization taking place in the nanostructures. While the results can readily have a significant impact on the UV-sensor industry, the underlying technological concept can be applied to other semiconductor materials, thereby extending above unity response to longer wavelengths and offering new perspectives for improving efficiencies beyond the Shockley-Queisser limit.

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