Self-powered, broadband, and polarization-sensitive pyroelectric-photoelectric photodetector based on silicon-water heterojunction

光电探测器 响应度 材料科学 光电子学 光电效应 异质结 热电性 比探测率 极化(电化学) 光电导性 光学 物理 电介质 物理化学 化学 铁电性
作者
Ribwar Ahmadi,Amin Abnavi,Hamidreza Ghanbari,Hadi Mohandes,Mohammad Reza Mohammadzadeh,Thushani De Silva,Amirhossein Hasani,Mirette Fawzy,Fahmid Kabir,Michael M. Adachi
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:98: 107285-107285 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107285
摘要

The coupling of pyroelectric and photoelectric effects is a new method to enhance transient response while maintaining steady-state response in photodetectors. Such photodetectors have recently attracted a great attention due to a wide range of potential applications including artificial electronic eyes, neuromorphic computing, color sensors, and optical communications. Here, we report a photodetector based on the pyroelectricity and photoelectricity effect in a silicon-water heterojunction for the first time. Facilitated by the polarity of water on the Si surface, this heterostructure serves as a pyroelectric-based photodetector with a responsivity as high as 754 mA/W and specific detectivity as high as 1.33 × 1013 Jones under a light wavelength of 400 nm at zero bias. Also, the formation of a built-in electric field at the silicon-water interface results in a photoelectric-based photodetector with a responsivity as high as 12.3 A/W and an ultrahigh detectivity of 2.18 × 1014 Jones at −2 V bias under steady-state conditions. Moreover, due to the polarization-sensitive reflection of light on the water surface, this structure is also polarization-sensitive. These photodetectors are suitable for liquid-compatible applications that require broadband detection, high responsivity, and polarization-sensitivity.
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