High-performance self-powered ultraviolet photodetector in SnO2 microwire/p-GaN heterojunction using graphene as charge collection medium

材料科学 响应度 光电子学 石墨烯 光电探测器 肖特基势垒 异质结 紫外线 电极 载流子 量子效率 比探测率 透射率 单层 纳米技术 化学 物理化学 二极管
作者
Tong Xu,Mingming Jiang,Peng Wan,Yang Liu,Caixia Kan,Daning Shi
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:138: 183-192 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.07.050
摘要

Graphene monolayer has been extensively applied as a transparency electrode material in photoelectronic devices due to its high transmittance, high carrier mobility, and ultrafast carrier dynamics. In this study, a high-performance self-powered photodetector, which is made of a SnO2 microwire, p-type GaN film, and monolayer graphene transparent electrode, was proposed and fabricated. The detector is sensitive to ultraviolet light signals and illustrates pronounced detection performances, including a peak responsivity ∼ 223.7 mA W–1, a detectivity ∼ 6.9 × 1012 Jones, fast response speed (rising/decaying times ∼ 18/580 µs), and excellent external quantum efficiency ∼ 77% at 360 nm light illumination without external power supply. Compared with the pristine SnO2/GaN photodetector using ITO electrode, the device performances of responsivity and detectivity are significantly increased over 6 × 103% and 3 × 103%, respectively. The performance-enhanced characteristics are mainly attributed to the high-quality heterointerface of n-SnO2/p-GaN, the highly conductive capacity, and the unique transparency of graphene electrodes. Particularly, the built-in potential formed at the SnO2/GaN heterojunction interface could be strengthened by the Schottky potential barrier derived from the graphene electrode and SnO2 wire, enhancing the carrier collection efficiency through graphene as a charge collection medium. This work is of great importance and significance to developing excellent-performance ultraviolet photodetectors for photovoltaic and optoelectronic applications in a self-powered operation manner.
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