Universidad de Jilin: La eficiencia cuántica de los detectores de silicio en la banda ultravioleta supera los 70.

Como los componentes básicos más utilizados en los dispositivos, los fotodetectores de silicio (PD) se utilizan ampliamente en dispositivos optoelectrónicos debido a su respuesta espectral de banda ancha, capacidad de respuesta ultra alta y proceso de fabricación de bajo costo. Sin embargo, limitados por el alto coeficiente de reflexión y la poca profundidad de penetración de la radiación UV, los PD de Si tienen una eficiencia cuántica externa cercana a 0 para la luz ultravioleta (UV) (200° en el rango de 300 nm). Aunque muchos investigadores han explorado varias estrategias de mejora, obtener un alto rendimiento comparable a la respuesta en las bandas visible e infrarroja cercana sigue siendo un gran desafío.

Recientemente, el grupo de investigación del profesor Song Hongwei (corresponsal) del Laboratorio Estatal Clave de Optoelectrónica Integrada, Facultad de Ciencias e Ingeniería Electrónicas de la Universidad de Jilin, informó que se sintetizaron tres elementos (Cr3, Yb3, Ce3). utilizando el método de inyección en caliente a alta temperatura, puntos cuánticos de perovskita (PeQD) de CsPbCl3 dopados y recubiertos sobre la superficie de Si logran una respuesta de alto rendimiento en la banda ultravioleta y en las bandas visible e infrarroja cercana. El artículo relacionado se titula "Puntos cuánticos de perovskita dopados triplemente Cr3, Ce3, Yb3 de corte cuántico ultraeficiente con eficiencia cuántica externa superior a 70 para la respuesta ultravioleta de fotodetectores de silicio altamente mejorados" y se publicó en Nano Energy.

Enlace del artículo:

/science/article/pii/s 2211285520308557

Los resultados muestran que cuando la concentración de dopaje de Cr3 es 8,2, el rendimiento cuántico de CsPbCl3 La tasa aumentó de 8 a 82 y mostró una buena estabilidad. Después de estar de pie durante 250 días, la intensidad del PL dopado permaneció básicamente sin cambios. Sin embargo, la intensidad de PL de los PeQD no dopados disminuyó en 52 después de cinco días. Esta característica proviene principalmente de: (1) La densidad del estado del defecto se reduce considerablemente después del dopaje (2) A través del cálculo de DFT, la principal vacancia de Cl del defecto antes del dopaje desaparece después del dopaje;

Figura 1. Estructura cristalina; (b) imagen TEM antes y después del dopaje; (c) cambio en el espaciado interplanar y (d) cambio en d) pico de difracción XRD antes y después del dopaje (e) imagen XPS después del dopaje;

Figura 2. (a) Imagen de absorción, (b) imagen de PL y (c) cambios de rendimiento cuántico con diferentes cantidades de dopaje de Cr3 (d) Comparación de intensidad de PL a largo plazo entre dopaje sin dopar y Cr3 -8.2 (e) Comparación de densidad de defectos y fluorescencia; vida útil con diferentes cantidades de dopaje de Cr3; (f) Resultados del cálculo de los niveles de defectos antes y después del dopaje.

El espectro de absorción en la Figura 3(a) muestra que después de agregar el ion de tierras raras Ce3, la absorción en la banda ultravioleta, especialmente en la banda ultravioleta profunda, aumenta considerablemente. Esto se debe principalmente al estado de alta energía 5d de los iones Ce3. La mejora en el rendimiento cuántico se debe a que el nivel de energía de emisión de Ce3 proporciona un canal de coincidencia de banda prohibida entre PeQD y los iones Yb3, lo que mejora en gran medida el rendimiento cuántico de adaptación cuántica de los iones Yb3 a 175. Se prepararon puntos cuánticos de CsPbCl3: Cr3, Yb3 y Ce3 dopados con tres iones en la superficie de Si, y a 200? Una eficiencia cuántica externa de más de 70 en el rango de 400 nm es equivalente a la de las bandas visible e infrarroja cercana. (El recorte cuántico se refiere al fenómeno físico en el que un material fluorescente libera dos fotones de baja energía por cada fotón de alta energía que absorbe. Su rendimiento cuántico teórico es 200).

Figura 3. Caracterización óptica e interpretación de bandas del dopaje monoelemento, bielemento y triple elemento.

Figura 4. ( a ) Diagrama esquemático del dispositivo integrado de SiPD y PeQD recortados cuánticamente bajo iluminación de espectro completo. (b) Fotocorriente de SiPDS recubierto con CsPbCl3: Cr3, Yb3 peqd y SiPDS recubierto con CsPbCl3: Cr3, Yb3 peqd bajo iluminación a 240 nm, 360 nm y 980 nm. (c,d) Responsividad y eficiencia cuántica externa de los tres dispositivos. (e) Fotocorriente resuelta en el tiempo del fotodiodo bajo iluminación de 360 ​​nm. (f) Variación de la fotocorriente con el tiempo de puntos cuánticos de silicio recubiertos con puntos cuánticos CSP BCL3: Cr3, Yb3 y Ce3.

En resumen, este estudio propone una nueva estrategia para mejorar el rendimiento cuántico de los puntos cuánticos y mejorar el problema de la mala respuesta de los puntos cuánticos de silicio en la banda ultravioleta. Proporciona ideas para la síntesis de otros puntos cuánticos o materiales nanocristalinos con alto rendimiento cuántico. Al mismo tiempo, también se espera que la estrategia de mejora de la absorción del dopaje con iones de tierras raras Ce3 en la banda ultravioleta mejore el rendimiento de otros fotodetectores ultravioleta. (Texto: Sin plan)