Pt/ZnGa2O4/p-Si Back-to-Back Heterojunction for Deep UV Sensitive Photovoltaic Photodetection with Ultralow Dark Current and High Spectral Selectivity

暗电流 材料科学 异质结 光电子学 光电探测器 光探测 肖特基势垒 紫外线 光电效应 光伏系统 工作职能 肖特基二极管 纳米技术 二极管 图层(电子) 生物 生态学
作者
Dan Zhang,Zhuogeng Lin,Wei Zheng,Feng Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (4): 5653-5660 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.1c23453
摘要

In this work, a strategy of constructing a back-to-back heterojunction is proposed to fabricate Si-based photovoltaic photodetectors with high deep ultraviolet (DUV) spectral selectivity. By combining Pt with a thickness of 4 nm with a ZnGa2O4/Si heterojunction, a back-to-back heterojunction is successfully constructed. Based on that, a Pt/ZnGa2O4/p-Si DUV photovoltaic detector with a low dark current density (∼9.6 × 10-5 μA/cm2), a large photo-to-dark current ratio (PDCR, >105), and a fast response speed (decay time <50 ms) is fabricated. At 0 V bias, this device displays a photoresponsivity of about 1.36 mA/W and a high deep ultraviolet-visible (DUV-vis) rejection ratio (R258 nm/R420 nm) of ∼1.1 × 105, which are 1-2 orders of magnitude higher than those of most photovoltaic DUV detectors reported currently. Even at a working temperature of 470 K, the detectivity of this device can still reach ∼1.23 × 1010 Jones. In addition, compared with Au/ZnGa2O4/Si devices, the dark current and PDCR of this Pt/ZnGa2O4/Si device decrease by 2 orders of magnitude and increase by 1 order of magnitude, respectively. The enhanced performance of this ZnGa2O4/Si device can be attributed to the higher Schottky barrier established between Pt with a higher work function and ZnGa2O4. This strategy of adopting a back-to-back heterojunction device structure to hinder the visible light photoresponse of Si-based photodetectors and thus to reduce the dark current of a device can provide a reference for preparing photovoltaic DUV detectors with excellent performance.
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