Mejora significativa de fotodetectores de metal-semiconductor-metal de MgZnO mediante el acoplamiento con plasma de superficie de nanopartículas de Pt

Las características I-V no lineales de los fotodetectores de MgZnO indican que se han logrado los contactos clásicos de metal-semiconductor de Schottky

Para revelar la naturaleza del fenómeno interesante, se proponen dos posibles razones como la causa que resulta entre la capacidad de respuesta mejorada y la corriente oscura:(1) Para obtener los objetivos combinatorios ideales de los fotodetectores de MgZnO, utilizamos Pt NP para modificar el dispositivo. de nuevo. La luz incidente de longitud de onda coincidente interactúa con los NP metálicos de manera eficiente en secciones transversales de dispersión mucho más grandes que sus secciones transversales geométricas a través del acoplamiento con SP. El mecanismo del efecto de dispersión plasmónica se ha descrito en la bibliografía. Así, la luz dispersa adquiere una cierta dispersión angular en la capa de MgZnO. Como resultado, la luz incidente pasará varias veces a través del semiconductor, aumentando la longitud de la trayectoria óptica efectiva. Más importante aún, aumentar la longitud del camino óptico puede mejorar la absorción de luz. Los espectros de fotorrespuesta de los dispositivos con Pt NP fueron gradualmente más altos que los de los dispositivos sin Pt NP (la figura 7a muestra el esquema de los SP). (2) El ancho de agotamiento ( W ) explica por qué la capacidad de respuesta de todos los fotodetectores de MgZnO aumenta al disminuir el espaciado de los electrodos con la misma polarización. El ancho de agotamiento se puede describir como [23]

donde ɛ ₀ es la constante dieléctrica absoluta, ɛ ₁ es la constante dieléctrica relativa, ψ ₀ es el potencial incorporado, V es el voltaje de polarización, q es la carga del electrón, y N _d es la concentración de donantes. A medida que aumenta el espaciado de los electrodos, aumentará el área de la película delgada del semiconductor, lo que se refiere al aumento de la resistencia efectiva. ɛ ₀ , ɛ ₁ , ψ ₀ , V , q y N _d son invariantes, lo que resulta en un ensanchamiento a medida que aumenta el espaciamiento de los electrodos, lo que resulta en una disminución en el voltaje que actúa sobre la región de agotamiento. Solo se pueden ver los efectos de sesgo del ancho de agotamiento; el voltaje aplicado en la región de agotamiento es que se reduce a medida que aumenta la separación de los electrodos. Por lo tanto, cualquier portador fotogenerado en esta región sería barrido por el alto campo eléctrico y derivaría hacia los electrodos metálicos. Por tanto, la cantidad de portadores fotogenerados aumentará, haciendo que la tendencia de la capacidad de respuesta sea contraria al aumento del espaciado (la figura 7b muestra el esquema de la anchura de agotamiento). Sin embargo, todos los fotodetectores aumentan al disminuir el espaciado de los electrodos (3, 5 y 8 μm); con el mismo tamaño y densidad de NP, un mayor espaciado de electrodos tiene NP más excitadas; y luego la capacidad de campo cercano se acopla al semiconductor es más fuerte. A continuación, se crean más pares de agujeros de electrones fotogenerados y, en consecuencia, la fotocorriente aumenta en teoría. Vale la pena señalar que la capacidad de respuesta de todos los fotodetectores aumenta con la disminución del espacio entre electrodos (3, 5 y 8 μm) y el voltaje de polarización es constante. Como se mencionó anteriormente, el factor dominante se centra en la amplitud del agotamiento para explicar este interesante fenómeno. Todos los resultados revelan una ruta viable para mejorar la capacidad de respuesta de los SP. Aquí, en comparación con otros materiales de uso común o fotodetectores anteriores, se pierden muchos átomos de Zn durante el proceso de crecimiento, lo que se debe a la mayor presión de vapor del Mg en comparación con el Zn. Tendrá muchos defectos de formación en las películas debido a la deficiencia de átomos de Zn. Los fotoportadores se verán agravados por los defectos y la capacidad de respuesta de los fotodetectores ciegos al sol se reducirá en gran medida. Además, debido a la pérdida de átomos de Zn, es difícil evitar el desorden y la fluctuación del contenido, y seguirá el fenómeno de cola de remolque del borde de absorción. Como resultado, la proporción de rechazo de UV-visible disminuirá acompañada de la reducción de la detectividad. En consecuencia, el control de la relación estequiométrica en las películas puede ser una ruta para mejorar el rendimiento de los fotodetectores de MgZnO. Los SP se pueden realizar en recubrimientos en la superficie de los NP metálicos mediante pulverización catódica con magnetrón. Los NP de metal en la superficie pueden mejorar la dispersión de los fotones incidentes y hacer que más fotones lleguen al sustrato y, por lo tanto, se puede mejorar la absorción de los fotones. En teoría, luego se crean más SP, más pares de electrones y huecos fotogenerados y, en consecuencia, se aumenta la fotocorriente. Para demostrar los SP comparando con un espaciado de electrodos de 3, 5 y 8 μm la capacidad de respuesta de un espaciado más grande, más SP son más pequeños que otros a su vez.

un El esquema de los SP. b El esquema del ancho de agotamiento