Solution-Processed InSb Quantum Dot Photodiodes for Short-Wave Infrared Sensing

光电二极管 量子点 材料科学 响应度 光电子学 红外线的 半导体 激子 猝灭(荧光) 量子效率 光电探测器 荧光 光学 物理 量子力学
作者
Subhashri Chatterjee,Kazuhiro Nemoto,Batu Ghosh,Hong‐Tao Sun,Naoto Shirahata
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (17): 15540-15550 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsanm.3c02221
摘要

Short-wave infrared (SWIR) photodiodes (PDs) based on colloidal semiconductor quantum dots (QDs) are characterized by the great possibility of device operation at a voltage bias of 0 V, spectral tunability, possible multiple-exciton generation, and high compatibility with printable technology, showing significant benefits toward medical applications. However, the light-absorbing layers of those PDs are hampered by a reliance on RoHS-restricted elements, such as Pb and Hg. Here, we report the SWIR PDs with light-absorbing layers of InSb QDs synthesized by a hot-injection approach using a combination of precursors, InBr3 and SbBr3. Impurity-free and secondary phase-free synthesis was realized by optimized reaction temperature and time, precursor ratio, and quenching of reaction. The diameters of the QDs were controlled in the 5.1–7.8 nm range for strengthened confinement of photogenerated carriers and tuning of bandgaps between 0.64 and 0.98 eV. These QDs were processed to terminate their surfaces with small molecular ligands, giving a narrow interparticle distance between neighboring QDs in a light-absorbing layer sandwiched by carrier transportation layers. The resulting PDs achieve a photoresponse of ∼550 ms at 0 V, with combining the best values of responsivity and external quantum efficiency of 0.098 A/W and 10.1% under a bias voltage of −1 V at room temperature even in ambient air.
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