Facilely Achieved Self‐Biased Black Silicon Heterojunction Photodiode with Broadband Quantum Efficiency Approaching 100%

光电二极管 异质结 光电子学 量子效率 材料科学
作者
Yibo Zhang,Joel Y. Y. Loh,Nazir P. Kherani
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (33) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/advs.202203234
摘要

Photodiodes are fundamental components in modern optoelectronics. Heterojunction photodiodes, simply configured by two different contact materials, have been a hot research topic for many years. Currently reported self-biased heterojunction photodiodes routinely have external quantum efficiency (EQE) significantly below 100% due to optical and electrical losses. Herein, an approach that virtually overcomes this 100% EQE challenge via low-aspect-ratio nanostructures and drift-dominated photocarrier transport in a heterojunction photodiode is proposed. Broadband near-ideal EQE is achieved in nanocrystal indium tin oxide/black silicon (nc-ITO/b-Si) Schottky photodiodes. The b-Si comprises nanostalagmites which balance the antireflection effect and surface morphology. The built-in electric field is explored to match the optical generation profile, realizing enhanced photocarrier transport over a broadband of photogeneration. The devices exhibit unprecedented EQE among the reported leading-edge heterojunction photodiodes: average EQE surpasses ≈98% for wavelengths of 570-925 nm, while overall EQE is greater than ≈95% from 500 to 960 nm. Further, only elementary fabrication techniques are explored to achieve these excellent device properties. A heart rate sensor driven by nanowatt faint light is demonstrated, indicating the enormous potential of this near-ideal b-Si photodiode for low power consuming applications.
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