Photodétecteur ultraviolet hautes performances basé sur des hétérojonctions isotypiques d'isotype de film GaN de nanotiges de ZnO décorées de points quantiques de graphène

Contexte

Les photodétecteurs UV ont attiré une grande attention dans les domaines de la détection de lancement de missiles, de la recherche spatiale et astronomique, de la surveillance environnementale, de l'étalonnage et de la surveillance du rayonnement UV et de la communication optique [1]. Les semi-conducteurs à large bande interdite sont une série de choix courants pour les photodétecteurs UV, tels que GaN [2], CdS [3], ZnO [4, 5], Ga₂ O₃ [6], ZnS [7] et SiC [8], car ils présentent une absorption UV ultraviolette significative. Parmi eux, les nanomatériaux ZnO ont été intensivement explorés pour les dispositifs optoélectroniques à courte longueur d'onde, en raison de sa large bande interdite (environ 3,37 eV) et de l'énergie de liaison des excitons élevée (environ 60 meV) à température ambiante [9,10,11,12].

De nombreux efforts ont été faits pour construire des photodétecteurs UV à base de ZnO en utilisant des monocristaux de ZnO, des films minces ou des nanostructures [13,14,15]. En règle générale, les performances de photodétection et de photoréponse du matériau ZnO sont des paramètres clés pour déterminer la capacité du photodétecteur UV, qui est liée à son état de surface, sa qualité structurelle et son taux d'adsorption et de désorption d'oxygène. La fabrication de ZnO unidimensionnel s'avère être une solution efficace pour améliorer ses performances de photodétection et de photoréponse. Pendant ce temps, diverses nanostructures, y compris des hétérostructures [16], des homojonctions [17], des nanocomposites [18, 19] et du ZnO de morphologies spéciales [20] ont également été signalées séquentiellement, ce qui pourrait encore raccourcir le temps de montée et de décroissance des détecteurs UV à base de ZnO. . Par comparaison, les hétérojonctions isotypiques n-ZnO/n-GaN se sont avérées être un choix supérieur en raison de leur structure cristalline, paramètre de réseau et bandes interdites larges (3,37 eV pour ZnO et 3,39 eV pour GaN), qui pourraient générer des porteurs de l'intérieur des états localisés excités par la lumière ou le champ électrique.

Les points quantiques (QD) sont un autre matériau largement utilisé pour fabriquer des hétérojonctions à base de ZnO, qui contribuent à augmenter la séparation des charges photogénérées et le taux de transport dans les nanostructures de ZnO. La décoration de QD sur des nanostructures de ZnO peut introduire de nouvelles interfaces et améliorer considérablement la séparation des charges en transférant les électrons des QD vers la bande de conduction de ZnO, conduisant ainsi à l'amélioration de la photoréponse sous irradiation ultraviolette. Récemment, les points quantiques de graphène (GQD), un graphène monocouche de quelques nanomètres dans une direction bidimensionnelle, ont offert des perspectives d'application prometteuses en tant que matériau absorbant la lumière dans la conception de photodétecteurs à large bande et de dispositifs photovoltaïques, attribués à sa bande dépendante de la taille. gap et forte absorption optique [21]. Dhar et al. ont préparé une série de détecteurs UV à jonction Schottky nanotige/polymère décorés par GQD [22,23,24]. Yang et al. ont découvert que le photocourant de la matrice de nanotiges de ZnO recouverte de GQD (ZNRA) éclairée par la lumière UV était remarquablement amélioré par rapport à celui des nanomatrices pures. Ils ont proposé que cette amélioration était probablement attribuée au transfert de charge à l'interface des GQD et ZNRA [25]. Rahimi et al. ont ensuite rapporté que l'incorporation de GQD sur des nanotiges de ZnO alignées a donné une vitesse de détection plus rapide, et le photocourant maximum excité par les UV est ~ 2,75 fois plus élevé que celui du film mince de ZnO nu [26]. Par conséquent, il est raisonnable d'utiliser les avantages des GQD mentionnés ci-dessus pour augmenter les propriétés de détection UV du ZnO. Cependant, à notre connaissance, il n'y a aucune recherche signalée qui révèle la fonction des GQD dans les matrices de nanotiges n-ZnO/photodétecteur n-GaN.

Dans cet article, le photodétecteur UV à hétérojonction isotype n-ZnO/n-GaN décoré de GQD a été fabriqué via une méthode facile. Une amélioration évidente du photocourant et une bonne reproductibilité du détecteur à hétérojonction décoré GQD ont été observées, contrairement à celle du détecteur nu n-ZnO/n-GaN. Le rapport photo/courant d'obscurité et le taux de réponse supérieurs du photodétecteur UV hybride peuvent être attribués à l'effet synergique et aux structures de bandes d'énergie appropriées de n-ZnO, n-GaN et GQD, dans lesquelles les GQD ont été exploités comme absorbeurs de lumière. et des donneurs d'électrons pour augmenter considérablement le transport d'électrons dans la jonction hétérogène d'isotype n-ZnO/n-GaN. Ces efforts élargissent le potentiel d'application des GQD dans les photodétecteurs UV et ouvrent une nouvelle voie pour explorer les différentes performances de photodétection en concevant des nanostructures hybrides.

Méthodes/Expérimental

Préparation de l'hétérojonction n-ZnO/n-GaN

Tous les réactifs de qualité analytique ont été achetés auprès de Sigma-Aldrich et utilisés tels que reçus sans autre purification. Les matrices de nanotiges n-ZnO/les hétérojonctions d'isotypes de film n-GaN ont été préparées via un processus en deux étapes. Dans un premier temps, le film n-GaN a été synthétisé sur Al₂ O₃ substrat par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur métal-organique (MOCVD). Ensuite, les ZnO NRs ont été directement cultivés sur le film de n-GaN par une méthode hydrothermale qui a été rapportée dans des études précédentes [27]. Premièrement, l'Al₂ O₃ substrat plaqué d'un film n-GaN a été placé dans une solution aqueuse contenant 0,025 M d'acétate de zinc ((CH₃ COO)₂ Zn·2H₂ O) et 0,025 M d'hexaméthylène tétramine (C₆ H₁₂ N₄ ) comme précurseurs. Les précurseurs ont été transférés dans un autoclave en acier inoxydable revêtu de téflon. Ensuite, l'autoclave a été scellé et placé dans le four. Les traitements hydrothermaux ont été effectués à 95 °C pendant 12 h. Enfin, l'autoclave a été laissé à refroidir naturellement. Les échantillons ont été prélevés, lavés plusieurs fois à l'eau déminéralisée et séchés à l'air.

Synthèse des GQD

Les points quantiques de graphène ont été préparés via une méthode hydrothermale utilisant de l'acide citrique pyrolysé (AC) comme précurseur dans un environnement alcalin selon certaines publications précédemment rapportées [28,29,30]. Typiquement, 0,21 g (1 mmol) de CA et 0,12 g (3 mmol) d'hydroxyde de sodium (NaOH) ont été dissous dans 5 ml d'eau et agités pour former une solution claire. Ensuite, la solution a été transférée dans un autoclave en acier inoxydable revêtu de téflon de 20 ml. L'autoclave scellé a été chauffé à 160 °C dans un four électrique et maintenu pendant 4 h supplémentaires. Les GQD synthétisés ont été collectés en ajoutant de l'éthanol dans la solution et centrifugés à 10 000 tr/min pendant 5 minutes, puis nettoyés aux ultrasons avec de l'éthanol trois fois. Le solide peut être facilement redispersé dans l'eau.

Fabrication de photodétecteur UV

L'Al₂ O₃ Le substrat recouvert d'hétérojonction n-ZnO/n-GaN a d'abord été nettoyé avec de l'eau déminéralisée et de l'éthanol et séché à 60 °C dans l'air. Ensuite, les GQD ont été déposés par centrifugation sur les hétérojonctions. Après cela, les dispositifs ont été revêtus par centrifugation de polyméthacrylate de méthyle (PMMA), suivi d'une gravure au plasma à couplage inductif (ICP). Les dispositifs ont été immédiatement recouverts d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) et une électrode d'Ag a été appliquée sur GaN pour les contacts ohmiques. La surface effective finale de l'hétérojonction isotypique est de ~ 5 × 5 mm ² . Un diagramme schématique du processus de fabrication des matrices de nanotiges n-ZnO/hétérojonction d'isotype de film n-GaN est présenté dans le schéma 1.

Schéma de principe du procédé de fabrication du photodétecteur UV à hétérojonction isotypique

Caractérisation

La morphologie de surface des réseaux de nanotiges de ZnO a été caractérisée à l'aide du microscope électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM, FEI, Quanta FEG). La morphologie et la distribution des tailles des GQD ont été caractérisées par un microscope électronique à transmission à haute résolution (HRTEM, FEI, Tencai G20). Les spectres UV-vis ont été enregistrés sur un spectrophotomètre UV-vis Lambda 25 (PerkinElmer, USA). La spectroscopie de photoluminescence (PL) a été enregistrée en utilisant un spectrophotomètre à fluorescence Shimadzu RF-5301. La spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) a été réalisée à l'aide d'un spectromètre électronique à rayons X ThermoFisher-250XI avec un rayonnement Al Kα monochromatisé focalisé. Les structures cristallines ont été mesurées à l'aide d'un diffractomètre à rayons X (XRD, Brukes, D8 Advance). Les spectres Raman ont été examinés en utilisant la machine de la station Raman 400F (PerkinElmer). La réponse du photocourant a été mesurée par un système de caractérisation à semi-conducteur (Keithley 4200) et un 300 mW/cm ² Une lampe au xénon (365 nm) a été utilisée comme source d'irradiation de lumière UV.

Résultats et discussions

La figure 1a a présenté l'image SEM des matrices de nanotiges ZnO telles que cultivées. Réseaux de nanotiges de ZnO uniformes sur l'ensemble de l'Al₂ O₃ substrat recouvert d'un film de GaN ont été obtenus dans des conditions hydrothermales. La figure 1b montre l'image SEM en coupe de l'appareil. L'épaisseur du substrat, du film de GaN et des NR de ZnO est mesurée respectivement à 20, 6 et 4 μm. La figure 1c illustre le diagramme de diffraction des rayons X des hétérojonctions n-ZnO/n-GaN. GaN et ZnO avec une structure cristalline wurtzite ont des paramètres de maille similaires, conduisant ainsi à la fusion des pics de diffraction (002) des deux semi-conducteurs. Grâce à l'analyse de la courbe d'oscillation des rayons X à haute résolution, les pics (002) de GaN et de ZnO ont pu être observés clairement, comme indiqué dans l'encart de la figure 1c. Le pic de diffraction le plus fort (002) a indiqué que les microbâtonnets croissent principalement le long de la direction [001]. Sur la figure 1d, la bande D à ≈ 1360 cm ⁻¹ et bande G à ≈ 1600 cm ⁻¹ pourraient également être observés, qui sont attribués au sp ² structure graphitisée et défauts/désordres locaux des matériaux carbonés, respectivement. Le rapport élevé d'intensité de pic D/G a démontré qu'il existait de grandes quantités de défauts et de troubles dans le bord ou la surface de la structure des GQD [31].

un L'image FE-SEM de matrices de nanotiges de ZnO cultivées sur un film de GaN sur Al₂ O₃ substrat (incliné à 45°). b L'image FE-SEM en coupe de l'appareil. c Le diagramme de diffraction des rayons X de l'échantillon ZnO/GaN (en médaillon :courbe oscillante haute résolution de la réflexion (002) résolvant les pics ZnO et GaN). d Spectres Raman d'hétérojonctions n-ZnO/n-GaN décorés de GQD

La figure 2a, b montre les images TEM et HRTEM des GQD obtenus. On peut constater que les GQD ont une distribution de taille de particule relativement uniforme avec une frange de réseau de 0,21 nm, et la taille latérale moyenne a été statistiquement calculée comme étant de 3,0 ± 0,6 nm (vu de l'encart sur la figure 2a). La figure 2c montre le spectre UV-Vis des GQD. Comme on peut le voir, il existe un fort pic autour de 240 nm, correspondant à la transition π–π* de la sp ² aromatique clusters, et un épaulement plus faible dans la plage de 300 à 320 nm, correspondant à la transition n–π* des liaisons C=O [32, 33]. Les spectres PL des GQD présentent un pic centré à 442 nm, principalement issu de la transition π→π*. Dans le spectre de l'enquête XPS, deux pics centrés à ~ 284,5 eV et 531,4 eV ont été montrés sur la figure 2d, ce qui correspond à C 1s et O 1s, respectivement. Le spectre C 1s haute résolution montre deux pics à 284,8 et 288,7 eV (Fig. 2e). Le pic d'énergie de liaison à 284,8 eV est attribué aux liaisons C=C, et le pic d'énergie de liaison à 288,7 eV est attribué aux liaisons O=C-O. Le spectre O 1s haute résolution de l'échantillon (Fig. 2f) montre un pic à 531,8 eV, attribué au groupe C=O [34]. L'analyse indique que la structure de base de l'échantillon GQD est une unité aromatique, similaire à certaines littératures précédentes [35].

un Image TEM (en médaillon :distribution de la taille des GQD). b Image HRTEM des GQD. c Spectres UV-vis et spectres PL des GQD (la longueur d'onde d'excitation est de 365 nm). d Spectres de relevé XPS. e Spectres XPS haute résolution C 1s. f O 1s spectres XPS haute résolution

Pour examiner plus en détail les nanoréseaux à hétérojonction décorés de GQD, une image TEM d'un nanotige GQDs/ZnO représentatif a été montrée sur la Fig. 3a, démontrant une décoration uniforme de GQD sur les nanotiges ZnO. L'encart de la Fig. 3a correspond à l'image HRTEM entourée d'un carré vert. Les spectres UV-DRS des nanotiges de ZnO décorées avec/sans GQD ont également été comparés, illustrés à la Fig. 3b. Les appareils montrent une forte absorption dans la région ultraviolette. De plus, l'intensité d'absorption lumineuse de la matrice de nanotiges de ZnO décorée de GQD est augmentée d'un facteur d'environ 20 %, par rapport à celle des nanotiges de ZnO nues. L'absorption UV plus élevée des nanotiges de ZnO traitées par GQD rend le dispositif plus adapté lorsqu'il est appliqué dans des photodétecteurs UV. Pendant ce temps, le PMMA pur absorbe principalement la lumière dans la plage de 300 à 350 nm, illustrée à la figure 3b. Dans notre étude, la source d'irradiation de lumière UV est de 365 nm ; ainsi, l'effet du PMMA sur les performances de photoréponse de l'ensemble du dispositif est négligeable.

un Image TEM d'une nanotige GQDs/ZnO représentative (en médaillon :image HRTEM du cercle vert dans (a )). b Spectres d'absorption UV-DRS des nanotiges GQD/ZnO, des nanotiges ZnO nues et du PMMA

La figure 4a, b trace les courbes de caractéristiques I-V des photodétecteurs UV ZnO NRs/GaN décorés avec et sans GQD dans l'obscurité (densité de puissance = 0 mW/cm ² ) et éclairage UV (λ = 365 nm, densité de puissance = 120 mW/cm ² ), respectivement. Dans l'obscurité, la courbe caractéristique I-V présente une caractéristique de redressement typique avec un courant de fuite très faible, et le courant augmente linéairement avec la tension appliquée indiquée dans l'encadré de la figure 4a, ce qui signifie le contact ohmique entre l'hétérojonction et les électrodes, tandis que le courant d'obscurité augmente légèrement en recouvrant l'hétérojonction de GQD. Lorsqu'il est irradié sous une lumière UV, le photocourant du photodétecteur décoré sans GQD reste presque le même. Cependant, le photocourant de l'appareil recouvert de GQD augmente considérablement et atteint une valeur élevée de 0,4 mA à la polarisation appliquée de 1,5 V, ce qui est plus de 40 fois supérieur à son courant d'obscurité correspondant.

un Les courbes caractéristiques I-V des photodétecteurs UV sous irradiation de lumière sombre et UV décorées avec/sans GQD (en médaillon :les courbes caractéristiques I-V agrandies des photodétecteurs UV). b Les courbes caractéristiques I-V illuminées avec de la lumière UV de différentes densités de puissance incidente (mW/cm ² ). c La photoréponse à différentes densités de puissance lumineuse incidente (mW/cm ² ). d La réactivité (rouge) et la détectivité (bleu) en fonction de la densité de puissance lumineuse incidente, respectivement

De plus, nous avons examiné la photoréponse des photodétecteurs UV ZnO/GaN sous un éclairage UV de 365 nm avec un biais de 10 V. La figure 4c affiche la dépendance temporelle du photocourant par rapport aux densités de puissance incidente de 9,5, 10, 25, 50, 70 et 100 mW/cm ² . On peut constater que lorsque la densité de puissance incidente est de 9,5 mW/cm ² , le courant lumineux de l'appareil n'a montré aucune réponse. Pendant ce temps, la précision minimale de la lampe UV est de 0,5 mW/cm ² . Par conséquent, nous pouvons en déduire que l'intensité lumineuse minimale détectée par l'appareil est comprise entre 9,5 et 10 mW/cm ² . Le photocourant a augmenté lors de l'augmentation de la densité de puissance lumineuse et a changé instantanément en réponse aux cycles de commutation marche/arrêt de la source lumineuse. La commutation réversible et reproductible a révélé une bonne stabilité des appareils. De plus, les performances du photodétecteur peuvent être quantifiées par la réactivité (R _λ ), défini comme [25],

\( {R}_{\lambda }=\frac{I_{\mathrm{ph}}}{P_{\mathrm{opt}}} \)

où je _ph est la différence entre les courants mesurés sous éclairage avec la lumière et dans l'obscurité, P _option est la puissance incidente de l'appareil, et λ est la longueur d'onde de la lumière d'excitation. Les réponses calculées de l'appareil sous des densités de puissance incidente de 25, 50, 70, 100 et 120 mW/cm ² étaient respectivement de 34, 21, 16,4, 13 et 12,9 mA/W.

La figure 4d montre la réactivité du photodétecteur en fonction de la densité de puissance incidente. L'appareil est très sensible à l'éclairage UV. Avec l'augmentation de la puissance lumineuse d'éclairage, la détectivité et la réactivité diminuent évidemment, ce qui pourrait être dû à la saturation d'absorption de ZnO ou à l'écran du champ électrique intégré par les électrons photoexcités dans la bande de conduction de ZnO [36]. En supposant que le bruit court du courant d'obscurité est la principale source de bruit, la détectivité spécifique (D*) peut être exprimée comme [37] :

\( {D}^{\ast }=\frac{R_{\lambda }}{{\left(2e\cdot {I}_{\mathrm{dark}}/S\right)}^{1/2 }} \)

où e est la charge d'un électron et I _sombre est le courant d'obscurité. En conséquence, la détectivité maximale jusqu'à 10 ¹² Jones a été atteint, ce qui est supérieur à celui des photodétecteurs basés sur la plupart des photodétecteurs ZnO [38, 39]. L'utilisation de GQD en tant qu'absorbeurs de lumière et donneurs d'électrons pourrait être attribuée à l'amélioration de la concentration de porteurs dans les jonctions hétérogènes, améliorant ainsi considérablement la réactivité et la détectivité des photodétecteurs UV.

Pour examiner le taux de réponse et la stabilité des photodétecteurs UV n-ZnO/n-GaN décorés de GQD, le photocourant à résolution temporelle à 10 V de polarisation avec plusieurs cycles marche/arrêt a été mesuré. Comme le montre la figure 5a, le photocourant de l'appareil présente deux états distincts, un état à faible courant dans l'obscurité et un état à courant élevé sous un éclairage UV de 365 nm. Le courant augmente fortement d'un état à l'autre, indiquant un taux de réponse très rapide des deux échantillons. Comme le montre la figure 5b, le photocourant à résolution temporelle a révélé que le taux de réponse des photodétecteurs UV ZnO décorés de GQD est plus rapide que celui du nu. Compte tenu du processus, le courant augmenterait rapidement jusqu'à la valeur saturée lors de l'éclairage UV. Les temps de montée correspondant aux photodétecteurs à hétérojonction décorés avec et sans GQD étaient respectivement de ~ 100 ms et ~ 260 ms. Lorsque la lumière est éteinte, le photocourant tombe rapidement à la valeur du courant d'obscurité après ~ 120 ms et ~ 250 ms, ce qui correspond aux photodétecteurs UV ZnO NRs/GaN décorés avec et sans GQD, respectivement. Le taux de réponse dans nos études est comparable ou même plus rapide que de nombreux résultats rapportés, indiqués dans le tableau 1.

un La mise en marche/arrêt reproductible de l'appareil décoré avec/sans GQD sur un éclairage de 365 nm avec un cycle de 20 s sous une polarisation de 10 V, respectivement. b Les parties agrandies des transitions d'allumage à allumage et d'allumage à extinction avec/sans décoration GQD, respectivement

Les diagrammes schématiques du mécanisme de photoréponse pour le photodétecteur UV sont illustrés dans le schéma 2. L'oxygène de surface sur les nanotiges de ZnO est un facteur crucial pour influencer la photoréponse observée. Comme le montre le schéma 2a, le processus de capture d'électrons est principalement médié par le processus d'adsorption et de désorption d'oxygène à la surface de ZnO NR dans des circonstances ambiantes. Les molécules d'oxygène absorbées capturent d'abord les électrons libres des NR de ZnO, conduisant à la formation d'une couche d'appauvrissement près de la surface et des ions d'oxygène chargés (O₂ ⁻ ). La couche d'appauvrissement diminue la conductivité des ZnO NR. Lorsque les ZnO NR ont été illuminés par une lumière UV de 365 nm avec un niveau d'énergie supérieur ou proche de la bande interdite de ZnO, les paires électron-trou sont générées. Après cela, la plupart des trous photogénérés sont rapidement piégés par des ions oxygène (O₂ ⁻ ), entraînant la décharge d'ions oxygène et la désorption de l'oxygène de la surface de ZnO. Le processus de capture de trous est attribué à l'augmentation de la concentration en porteurs libres, produisant une amélioration apparente de la conductivité. Lorsque l'irradiation UV est désactivée, les trous se recombinent avec des électrons et l'oxygène est à nouveau réadsorbé sur les nanotiges de ZnO. Le mécanisme de photoréponse pour le photodétecteur UV n-ZnO/n-GaN décoré de GQD est similaire, tandis que davantage d'électrons seraient générés si les ZnO NR étaient recouverts de GQD.

un Les schémas de principe du photodétecteur UV ZnO NRs/GaN décoré sans et avec des GQD. b Diagramme de bande d'énergie du composite GQD-ZnO NRs et de son mécanisme de transport de porteurs dans la région interfaciale irradiée par la lumière UV

Le schéma 2b affiche le diagramme de bande du composite GQDs-ZnO/GaN et son mécanisme de séparation/transport des porteurs dans la région interfaciale sous irradiation UV. La bande interdite du ZnO est d'environ − 3,27 eV, et sa bande de conduction est située à − 4,35 eV en dessous du niveau de vide [40]. La bande interdite du n-GaN est d'environ − 3,39 eV, et sa bande de conduction est située à − 4,20 eV en dessous du niveau de vide [41]. Lorsque les deux semi-conducteurs sont mis en contact, une barrière énergétique de 0,15 eV apparaît entre les deux bandes de conduction (ΔE _c ). Les positions HOMO et LUMO des GQD ont été obtenues à partir de la littérature dans laquelle les GQD ont été préparés par la même méthode [42]. La bande interdite des GQD est d'environ 1,5 eV avec sa bande LUMO de − 3,5~3,7 eV et la bande HOMO de − 5,1~5,4 eV par rapport au niveau de vide [43]. Le niveau de bande CB de GaN et GQDs est supérieur à celui de ZnO, tandis que le niveau de bande VB de ZnO est supérieur à celui de GaN et GQDs. Par conséquent, lorsque le ZnO est décoré de GQD irradiés sous une lumière UV, les bandes de GaN et de GQD se courbent vers le bas et les bandes de ZnO se courbent vers le haut près de l'interface. Ensuite, les électrons photogénérés sur la bande de conduction de GaN et GQD peuvent être efficacement transférés vers la bande de conduction de ZnO. Par rapport au porteur majoritaire, le mouvement des trous dans la bande de valence de n-GaN et n-ZnO peut être négligé. En conséquence, il y a une augmentation significative des électrons non appariés lors de l'éclairage UV, ce qui pourrait contribuer à l'amélioration de l'injection et du transport des porteurs et ainsi augmenter considérablement le photocourant. Au cours de ce processus, la séparation rapide des paires électron-trou photogénérées et la migration efficace des porteurs sont responsables du taux de réponse rapide.

Conclusions

Le photocourant et le taux de détection des hétérojonctions n-ZnO/n-GaN décorées de GQD illuminées sous lumière UV sont remarquablement améliorés par rapport à ceux des détecteurs n-ZnO/n-GaN purs. Le photocourant maximal du dispositif hybride atteint 0,4 mA à la polarisation appliquée de 1,5 V, ce qui est plus de 40 fois supérieur à son courant d'obscurité correspondant. L'appareil a montré une réponse UV sélective avec une durée d'impulsion de quelques millisecondes. Les performances supérieures des hétérostructures ZnO/GaN sont attribuées à l'immobilisation efficace des GQD sur les ZnO NR qui fonctionnent comme absorbeurs de lumière et donneurs d'électrons, ainsi qu'à l'alignement approprié des bandes d'énergie dans les hybrides ZnO/GaN décorés de GQD. Le dispositif de conception offre des perspectives d'utilisation de l'effet synergique des multi-composites, ouvrant la voie au développement de dispositifs optoélectroniques de type n efficaces sensibilisés au GQD.

Abréviations

FE-SEM :

Microscope électronique à balayage à émission de champ

GQD :

Points quantiques de graphène

HR-TEM :

Microscopie électronique à transmission haute résolution

ICP :

Plasma à couplage inductif

ITO :

Oxyde d'indium-étain

MOCVD :

Dépôt chimique en phase vapeur métal-organique

PMMA :

Polyméthacrylate de méthyle

XPS :

Spectroscopie photoélectronique aux rayons X

XRD :

Diffractomètre à rayons X

ZNRA :

Réseau de nanotiges ZnO