Self-Powered Sb2S3 Thin-Film Photodetectors with High Detectivity for Weak Light Signal Detection

材料科学 光电探测器 响应度 光电子学 光电流 可见光谱 光学 聚二甲基硅氧烷 比探测率 纳米技术 物理
作者
Xiao Lin,Hui Deng,Jia Yi,Zhixu Wu,Yong Xia,Xingjian Wang,Si-Wei Chen,Yingshun Cheng,Qiao Zheng,Yunfeng Lai,Shuying Cheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (10): 12385-12394 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsami.1c25256
摘要

Photodetectors (PDs) for weak light signal detection have wide applications for optical communication and imaging. Antimony sulfide (Sb2S3) as a nontoxic and stable light-sensitive material becomes a promising candidate for weak light PDs, which are developing in the direction of high response, high speed, and low cost. Herein, a self-powered Sb2S3 PD with the structure of FTO/TiO2/Sb2S3/Au is developed to achieve weak light detection for 300-750 nm visible light. We control the Sb2S3 thickness with about 460 nm to match depletion region width (438 nm) and obtain an excellent photoresponsivity and 3 dB bandwidth. Furtherly, we prepare pyramid structure polydimethylsiloxane (PDMS) on the illuminating surface to enhance the performance of weak light detection by light-trapping effects. The photocurrent of Sb2S3 PD with 20 μm-sized PDMS texture achieves 13.6% improvement compared with the control one. Under weak 530 nm light illumination of 1 μW cm-2, the self-powered Sb2S3 PD with PDMS achieves high responsivity (3.41 A W-1), large detectivity (2.84 × 1013 Jones), and ultrafast speed (15 μs). The present Sb2S3 PD and light-trapping strategy are expected to provide an alternative to future commercial weak light detection applications.
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