Улучшенные характеристики и стабильность фототранзисторов InGaZnO NIR с оксидом алюминия.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 12167 (2022) Цитировать эту статью

1466 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Оптимизированный процесс заполнения ALD для нанесения Al2O3 в вертикальном направлении КТ PbS повышает фоточувствительность, скорость релаксации и стабильность на воздухе гибридных фототранзисторов IGZO NIR с КТ PbS. Наполненный Al2O3, который постепенно осаждается от верхней части КТ PbS до границы раздела PbS/IGZO (1), пассивирует места ловушек до границы PbS/IGZO, не нарушая перенос заряда, и (2) предотвращает разрушение КТ, вызванное внешним воздухом. Таким образом, гибридный фототранзистор PbS QD/IGZO (AI-PT), заполненный Al2O3, продемонстрировал повышенную фоточувствительность с 96,4 А/Вт до 1,65 × 102 А/Вт и уменьшение времени релаксации с 0,52 до 0,03 с в ближнем ИК-свете (880 нм) по сравнению с гибридные фототранзисторы без Al2O3 (РЧ-ФТ). Кроме того, AI-PT также продемонстрировали улучшенную стабильность при хранении в течение 4 месяцев по сравнению с RF-PT. Наконец, все устройства, которые мы производим, потенциально могут быть изготовлены в виде массива, и этот метод ALD является средством изготовления надежных гибридов квантовых точек и оксидов металлов для оптоэлектронных устройств.

Фотодатчики ближнего инфракрасного диапазона (NIR) имеют большой потенциал в различных электронных приложениях, таких как бытовая техника, мобильные устройства и устройства здравоохранения, а также автомобили, благодаря способности NIR-излучения обнаруживать изменения в окружающей среде. Например, NIR может проникать в кожу человека, позволяя носимым электронным устройствам, интегрированным с NIR-датчиками, отслеживать жизненно важные показатели. Например, разница в поглощении NIR между оксигенированными и дезоксигенированными гемоглобинами указывает на информацию в реальном времени о насыщении крови кислородом и частоте сердечных сокращений1,2. Датчики распознавания вен, которые могут картировать вены с помощью поглощения БИК эритроцитами, также являются привлекательным применением матриц датчиков БИК3. Кроме того, датчики изображения NIR могут обеспечить хорошее зрение даже в условиях плохой видимости, измеряя NIR, отраженный от объектов в темноте или в экстремальных погодных условиях4. Поскольку интеграция фотосенсоров NIR с другой электроникой обеспечивает богатое взаимодействие между различными объектами, требуются быстродействующие и надежные массивы датчиков NIR.

Металлооксидные полупроводники являются привлекательными кандидатами, позволяющими создавать надежные массивы оптических датчиков благодаря их превосходным свойствам, включая высокую прозрачность, высокую подвижность, низкий ток отключения и низкие температуры обработки5,6. Из изученных нами оксидных полупроводников наиболее коммерчески реализуемые тонкопленочные транзисторы (TFT) на основе оксида индия-галлия-цинка (IGZO) обладают высокой однородностью по большой площади, низким током отключения и низким энергопотреблением. Однако из-за широкой оптической запрещенной зоны InGaZnO (> 3 эВ, которая не подходит для поглощения БИК-света), рассматривалась гибридная структура в сочетании с БИК-активными материалами. Многие исследователи пытались обнаружить БИК-излучение, применяя слой поглощения света, такой как квантовые точки (КТ)7, перовскит8, наночастицы9 или двумерные материалы10. Среди этих материалов, поглощающих БИК-диапазон, КТ широко исследуются из-за широких возможностей настройки длин волн поглощения и того факта, что их можно массово производить посредством влажного химического синтеза. Простота обработки решений с использованием струйной печати или центробежного литья также может позволить использовать эти квантовые точки в дисплеях и датчиках изображения следующего поколения. Однако увеличение площади поверхности КТ обычно приводит к появлению множества поверхностных ловушек. Эти нестабильные состояния на поверхности КТ неизбежно генерируются оборванными связями, атомными вакансиями и окислительными частицами, что приводит к плохим показателям стабильности, включая короткий срок службы устройства, а также к легкой деградации под действием кислорода и влаги при освещении. Сообщалось о многих исследованиях, посвященных преодолению этих проблем, таких как процесс обмена лигандов11, структуры ядро-оболочка12 и применение пассивационного слоя13, но необходимость улучшения фотостабильности КТ остается.