Ultrathin 2D α-MoO3/Ir/Si Schottky Heterojunction Devices: Exploiting Plasmonic Hot Carriers For Self-Powered UV Photodetection With Dual Photoresponse Behavior
Küçük Resim Yok
Tarih
2023
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Ultra-ince Nano-yapılı MoO3 yarı iletkenler, olağanüstü yanıtları nedeniyle şeffaf optoelektronik
ve nanofotonik uygulamalarda büyük umut vaat eden malzemeler olarak ortaya çıkmışlardır. Bu çalışmada,
atomik tabaka biriktirme (ATB) yöntemiyle elde edilen büyük ölçekli, öz-çalışan 2D α-MoO3
fotodetektörleri araştırılmıştır. Bu fotodetektörler, 0V eğilim geriliminde hem pozitif hem de negatif
fotoiletkenlik sergilemektedir. Özellikle, ultra-ince 2D α-MoO3/n-Si yapılandırması, 365 nm UV
aydınlatmasında 0V altında orta düzeyde fotokoruma göstermekte olup, çeşitli yapılandırmalar kullanılarak
ultra-ince plazmonik Ir tabakasının entegrasyonuyla daha da geliştirilebilmektedir. Ayrıca, ultra-ince 2D
α-MoO3'ün içinde indüklenen sıcak elektronların ultra-ince İridyum (Ir) plazmonik tabakanın varlığıyla
birlikte UV fotodetektörlerinin performansına olan etkisi incelenmiştir. MoO3/2 nm Ir/n-Si yapılandırması,
0V eğilim geriliminde 7×1010 harici kuantum verimliliği (HKV) ve 5.5×1010 Jones algılama yeteneği
sağlamaktadır. Dahası, 600oC'de işlem görmüş MoO3/2 nm Ir/MoO3/n-Si örneğinde dikkate değer bir
iyileşme gözlemlenmektedir. Bu iyileşme, -16 µA fotodirençli bir akım, 8×1010 HKV ve 3×1011 Jones
algılama yeteneği ile sonuçlanmaktadır. Özellikle, 0V eğilim geriliminde yanıt süresi yalnızca 0.1 s'dir ve
bunu, 0.1 nm'lik çok düşük yüzey pürüzlülüğü desteklemektedir. Fotodetektörlerde gözlenen negatif
fotoyanıt, MoO3 yüzeyindeki O2 desorpsiyonu ve oksijen boşluklarının oluşumuyla ilişkilendirilmektedir.
Bu desorpsiyon süreci, MoO3'teki taşıyıcı yoğunluğunu artırırken, Coulomb tuzaklama ve azalmış delik
v
hareketliliği nedeniyle Ir tabakadaki taşımayı azaltmaktadır. Sonuç olarak, hetero-yapının direnci artar ve
akım azalır. Bu bulgular, ultra-ince MoO3 yarı iletkenlerinin yüksek performanslı optoelektronik ve fotonik
uygulamalar için potansiyelini açık.
Ultrathin Nanostructured MoO3 semiconductors have emerged as highly promising materials for transparent optoelectronics and nanophotonics due to their exceptional responsivity. In this study, we investigate large-scale self-powered 2D α-MoO3 photodetectors that are deposited using atomic layer deposition. These photodetectors demonstrate both positive and negative photoconductivity at 0V bias voltage. Specifically, the ultrathin 2D α-MoO3/n-Si configuration shows moderate photocurrent at 0V under 365 nm UV illumination, which can be further enhanced through the incorporation of an ultrathin plasmonic Iridium (Ir) layer using various configurations. Moreover, we examine the effect of induced hot electrons in ultrathin 2D α-MoO3 in the presence of an ultrathin Ir plasmonic layer and analyze its impact on the performance of UV photodetectors. The MoO3/2 nm Ir/Si configuration achieves outstanding external quantum efficiency (EQE) of 7×1010 and a detectivity of 5.5×1010 Jones at 0V bias. Moreover, after annealing at 600oC, a remarkable enhancement is observed in the MoO3/2 nm Ir/MoO3/Si sample. This enhancement results in a photocurrent of -16 µA, accompanied by an EQE of 8×1010 and a detectivity of 3×1011 Jones at 0V bias. Notably, the response time at 0V bias is only 0.1 s, which is supported by a very low roughness of 0.1 nm. The negative photoresponse observed in the photodetectors is attributed to O2 desorption and oxygen vacancy formation on the MoO3 surface. This desorption process increases the vii carrier density in MoO3 and reduces the transport in the Ir layer due to Coulomb trapping and decreased hole mobility. Consequently, the resistance of the heterostructure increases, leading to a decrease in the current. These findings demonstrate the potential of ultrathin MoO3 semiconductors for high-performance optoelectronics and photonic applications.
Ultrathin Nanostructured MoO3 semiconductors have emerged as highly promising materials for transparent optoelectronics and nanophotonics due to their exceptional responsivity. In this study, we investigate large-scale self-powered 2D α-MoO3 photodetectors that are deposited using atomic layer deposition. These photodetectors demonstrate both positive and negative photoconductivity at 0V bias voltage. Specifically, the ultrathin 2D α-MoO3/n-Si configuration shows moderate photocurrent at 0V under 365 nm UV illumination, which can be further enhanced through the incorporation of an ultrathin plasmonic Iridium (Ir) layer using various configurations. Moreover, we examine the effect of induced hot electrons in ultrathin 2D α-MoO3 in the presence of an ultrathin Ir plasmonic layer and analyze its impact on the performance of UV photodetectors. The MoO3/2 nm Ir/Si configuration achieves outstanding external quantum efficiency (EQE) of 7×1010 and a detectivity of 5.5×1010 Jones at 0V bias. Moreover, after annealing at 600oC, a remarkable enhancement is observed in the MoO3/2 nm Ir/MoO3/Si sample. This enhancement results in a photocurrent of -16 µA, accompanied by an EQE of 8×1010 and a detectivity of 3×1011 Jones at 0V bias. Notably, the response time at 0V bias is only 0.1 s, which is supported by a very low roughness of 0.1 nm. The negative photoresponse observed in the photodetectors is attributed to O2 desorption and oxygen vacancy formation on the MoO3 surface. This desorption process increases the vii carrier density in MoO3 and reduces the transport in the Ir layer due to Coulomb trapping and decreased hole mobility. Consequently, the resistance of the heterostructure increases, leading to a decrease in the current. These findings demonstrate the potential of ultrathin MoO3 semiconductors for high-performance optoelectronics and photonic applications.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
: MoO3, İridyum, Plazmonik, Fotodetektörler, Negatif fotoiletkenlik, Atomik katman biriktirme, Ultra ince film., Iridium, Plasmonics, Photodetectors, Negative photoconductivity, Atomic layer deposition, Ultrathin film.
Kaynak
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Basyoonı M., A., (2023). Ultrathin 2D α-MoO3/Ir/Si Schottky Heterojunction Devices: Exploiting Plasmonic Hot Carriers For Self-Powered UV Photodetection With Dual Photoresponse Behavior. (Doktora Tezi). Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya.
