弱光下での末端結合InAsSbナノワイヤアレイ検出器の光電子特性

はじめに

狭バンドギャップIII-V半導体の重要なブランチとして、InAsSbには、電子の有効質量が小さい、電子の移動度が高いなど、InAsから受け継いだ利点があります[1、2]。 Sb元素がInAsに導入されると、バンドギャップボウイング効果により、3成分InAsSbのカットオフ波長応答が長波長赤外線範囲に拡張される可能性があります[3]。したがって、InAsSbは赤外線検出の分野で理想的な候補と見なされています[4、5、6]。オプトエレクトロニクスの分野では、1次元（1D）ナノ構造[7]は、多数のトラップ状態を持つ大きな表面積、光子吸収のための長い経路長、巨大なアスペクト比による機械的に柔軟な構造など、非常にユニークな特性を備えています[8]。さらに、それらの開発中に、1Dナノ構造は基板への格子不整合を容易に解放し、次に高い結晶品質を達成する可能性があります[9]。ここでは、1Dナノ構造に基づく光検出器[10]、太陽電池[11]などのオプトエレクトロニクスのアプリケーションが大きな研究関心を集めています。その中で、最適化された光吸収と広帯域光収穫を実現するために調整されたデバイス構造[12]が開発され、さまざまなアプリケーションシナリオに適した1Dナノ構造が作成され、シリコンベースの集積回路と互換性のあるコンポーネントが実現されました。最近、個々のInAs NWに基づく光検出器は、赤外線検出での可能性を示しています[13]。 Sbを追加すると、室温検出用の広域スペクトル範囲で3成分のInAsSbにアクセスできます[14]。 Al ₂ の不動態化 O ₃ 、InAsSb NWに基づく検出器は、中波長赤外スペクトルに対して非冷却検出を実現しました[15]。しかし、これらの研究で広く適用されている従来の光源は高強度レーザーであり、これらのデバイスのほとんどは室温で動作できません[16]。さらに、NWに基づく従来のデバイス構造は、互換性のある集積回路での大量のアプリケーションには適していません。 InAsSb NWに基づく従来の検出器には、個別のNWデバイス[17]、InAs NWに埋め込まれた量子井戸[3]、垂直の個別のNWデバイス[14]の3つの主要なタイプがあります。それらはすべて、電子ビームリソグラフィー（EBL）や反応性イオンエッチング（RIE）などのコストのかかるナノファブリケーションプロセスを必要とします。ここで、デバイスの構造の革新は、NWのアプリケーションにとって緊急です。

インターフェースは、サイズが限られているにもかかわらず、デバイスの光学的および電気的性能において常に重要な役割を果たしており、NWベースのデバイスの接触工学をもう1つの重要な要素にしています[18]。たとえば、グラフェン量子ドットとポリスチレンスルホン酸の界面を利用したハイブリッド構造では、弱い光に対して優れた全方位光検出特性を備えた太陽電池が実現されました[19]。この研究では、電極と半導体の間の界面のバンド構造を使用して、デバイスの光電気性能を変調します。電荷の再分配は金属と半導体の界面で起こり、電荷の移動は金属と金属の波動関数のテールの間で起こり、半導体に到達します。再分布はMIGSと呼ばれ、界面状態でギャップ状態と界面双極子を誘発する可能性があります[20]。ただし、MIGSモデルのシミュレーション結果には、実験間に偏差があります。これは、界面欠陥、製造された誘導欠陥、およびフェルミ準位のピン止めに起因すると考えられます[21]。特に表面状態が豊富なInAsSbNWの場合、フェルミ準位のピン止めが避けられないため、誘導されたギャップ状態によって電荷移動がフィルタリングされます。このようにして、デバイスの暗電流を許容範囲内に抑えることができます。さらに、界面双極子は、弱い光の検出に不可欠な局所場での光励起を強化する可能性があります。 Chuによる議論に基づいています。 et.al、端部結合接合は、平面結合接合よりも金属と半導体の間の状態の重なりを達成する可能性が高い[18]。それでも、個々のNWを介したエンドボンドデバイスは、製造上の障害に直面しています。ここでは、NWアレイを使用して、NWと金属間のエンドボンド接触を実現するソリューションを考え出します。従来の光検出器と比較して、サンドイッチ構造のNWアレイデバイスには、製造が容易で環境への適応性が高いという利点があります[22、23]。フィラー（AZ5214）は、製造プロセス中にスピンコーティングされ、NWの周囲で焼き付けられるため、デバイスがより安定し、環境に対して酸化防止効果があります。光がNWアレイに導入されると、光はさまざまな方向に複数回反射および屈折し、内部の光の吸収を促進します[24、25]。 NWアレイの延長された光路は、光トラッピング効果と呼ばれ[26、27]、NWベースのアレイデバイスで広く使用されています。バンド構造とデバイス構造の両方が、室温での弱光検出のデバイスポテンシャルを提供します。

この研究では、MBE（分子線エピタキシー）によって成長させたInAsSbNWに基づいてNWアレイデバイスを製造しました。金属-半導体接触によって引き起こされるギャップ状態と界面双極子は、暗電流を抑制し、光検出を個別に高めることができます[28]。 NWアレイのサンドイッチ構造の光トラップ効果は、弱い光の検出に寄与します[29]。室温での暗電流の抑制により、検出ノイズが大幅に最小化され、室温での検出が可能になります[30]。硬化装置の構造により、装置は周囲環境で動作できるようになります。また、複雑な界面状態が予想されるため、デバイスの光応答は温度によって変動します。温度が一定の場合、光電流の値は入射光の強度に比例して増加します。これは、光パワーメータの可能性を示しています。

メソッド/実験

InAsSb NWは、その場でのAu蒸着システムを備えたMBEシステム（Riber 32 R＆D）を使用して、GaAs {111} B基板上に成長させました。エピレディ基板は、汚染を除去するために前処理されました。次に、GaAsバッファ層を540°Cで15分間堆積し、蒸着およびアニーリングプロセスによってAuナノ粒子を形成しました。 InAs茎は、温度を常に380°Cに維持しながら20分間成長させた後、Sbソースを成長チャンバーに60分間導入しました。 NWの成長中、In BEP（ビーム当量圧力）は2.7×10 ^–7 に保たれました。 mbar、AsBEPは2.2×10 ^–6 mbar、SbBEPは7×10 ^–7 mbar、V / IIIフラックス比は〜11、Sb / As比は〜0.3になります。

デバイスの製造では、AZ5214（フォトレジスト）をプロペラ剤として使用して、NWの配向を維持しました。次に、基板を備えたNWアレイに、AZ5214を3000 rpmで30秒間スピンコーティングし、120°Cで2分間ベークしました。ゲルAZ5214は透明で、測定中の光損失を最小限に抑えます。 NWの先端を露出させるために、アレイの表面を精密せん断ゲージ（Logitech）で研磨しました。 VS（蒸気-固体）メカニズムによるNW成長中に基板表面に形成されたInAsSb層は、ドレイン電極として機能することができます。 InAsSbエピ層のホール測定（追加ファイル1：図S1に示されている）によると、室温キャリア濃度は約2×10 ¹⁷ です。 cm ^-3 、移動度は約1.6×10 ⁴ ですが、 cm ² /（V・s）室温で。その後、公称厚さ8 nmのAu膜が選択された領域に堆積され、そのうちの1つはアレイの上部にあり、もう1つはエピ層にあります。堆積したAuの厚みが薄いため、測定中の電極の光透過性と許容可能な光損失が保証されます。

得られたInAsSbNWの形態的、化学的および構造的特性を、SEM（FE-SEM、JEOL 7800F）およびTEM [TEM、フィリップステクナイF20、組成分析用のエネルギー分散分光法（EDS）を装備]を使用して調査しました。 TEM分析用の個々のNWは、エタノールでNWサンプルを超音波処理し、カーボンフィルムで支持されたCuグリッドに分散させることによって準備されました。

光伝導度の測定は、光源としてLEDを備えたヘリウムクローズドサイクルクライオスタットで行われました。このシステムの温度は2Kから室温まで連続的に変調でき、LEDの光強度は入力電流によって簡単に調整できます。この研究では、260 nm、620 nm、945nmなどのさまざまな波長のLEDを使用しました。 LEDの光強度は、温度と入力電流の両方に関係しています。強度は電流とともに直線的に増加し、温度とともに減少します。この測定での室温での光強度の値は4000nW / cm ² です。 260 nm、558 nW / cm ² の場合 620nmおよび14nW / cm ² の場合 945nmの場合。関連する光強度情報は、参考文献に記載されています。 [30]。定電圧V _DS =100mVがソースとドレインの間に適用されました。 LEDのON / OFFを調整することで、光伝導応答を得ることができます。

結果と考察

図1は、InAsSbNWの電子顕微鏡検査を示しています。図1aは傾斜ビューSEM画像で、NWの直径が100〜200 nmの範囲で、長さが6〜8μmの範囲を示しています。図1bは、典型的な個々の北西の明視野（BF）TEM画像を示しており、古典的なテーパー構造を示しています。その軸方向に沿って、NWの組成は適度な緩やかな変化を示し、平均Sb濃度は定量的EDS分析に基づいて最大30％高くなっています（詳細は追加ファイル1：図S2にあります）。図1cは、北西部の中央部のHRTEM画像を示しており、双晶面の存在を確認しています。図1dに示す選択領域電子回折（SAED）パターンも双晶構造を検証し、2セットのZB（閃亜鉛鉱）構造の回折を区別できます。 Sb元素は界面活性剤として使用でき、InAs NWのWZ（ウルツ鉱）相を抑制し[31]、WZからZBへの構造相変化を促進します。私たちの場合、V / III比は〜11であり、ZB構造の核形成に有利なVリッチな環境になりますが[32]、いくつかの双晶面が残ります。 InAsSb NWの双晶構造に関する調査では、境界での変位が不均一な局所Sb分布を引き起こし[12]、電子散乱またはキャリアトラップを助長すると主張しました[33]。

InAsSbNWの高度な電子顕微鏡調査。 a NWの傾斜ビューSEM画像。 b 個々の北西の明視野（BF）TEM画像。 c b のマークされた領域から北西の中央から撮影された高分解能TEM（HRTEM）画像 。 d c から取得した対応するSAED（選択領域電子回折）パターン

デバイスの構造を図2aに示します。この図では、Auフィルムがアレイの上部と下部を覆っています。デバイスのSEM画像を追加ファイル1：図S3に示します。ここで、残りの長さは約3 µmで、ほとんどすべてのNWが統合されています。フォトレジストは、NWの配向を維持し、NWを硬化デバイスに統合するために使用されます。このように、デバイスはより抗酸化性があり、アプリケーションに適しています。テーパー構造はアモルファスシリコンNWアレイデバイスで使用されており、吸収が強化されており、入射角の影響を受けません[34]。図2bは、MIGSモデルによって決定されたAu-InAsSbインターフェースのスケッチマップです。図2c、dは、温度に依存しないほぼ一定のコンダクタンスを確認し、コンダクタンスの値は約1×10 ^–7 です。 Ω ^-1 。入射光がない場合の2Kおよび300KでのI-V曲線を図2dに示します。個々のナノワイヤは、追加ファイル1：図S4に示されているコンダクタンスのはるかに大きな値を持っています。アレイデバイスは、数千の個別のNWが結合した並列回路に相当するため、理論上のコンダクタンスははるかに大きな値になるはずです。さらに、コンダクタンス関連の問題について2つの基本的な知識があります。（1）個々のNWのコンダクタンスは、温度に強く依存します。 （2）私たちの研究におけるInAs NWで作られたアレイデバイスも、一定のコンダクタンスを持っています。したがって、このデバイスの金属と半導体の接触には、全体的な出力特性を支配するかなりの抵抗があると結論付けます。

InAsSbNWアレイデバイスの構造と電気的特性。 a 挿入図に示されているSEM画像を使用して、デバイスのマップをスケッチします。 b Au-InAsSbインターフェース状態のエネルギー図。 c デバイスの温度依存コンダクタンス。 d 光なしでそれぞれ2Kと300KでのI–V曲線

Auがエンドボンド接点を介してInAsSbNWに結合されると、電荷移動は、MIGSの連続体と呼ばれる金属電子波動関数のテールを介して界面で発生します[18]。接触形態によって界面双極子も発達するようになると、界面での電荷の再分配が起こりました[35]。 MIGSモデルによると、界面障壁の高さは\（{\ Phi} _ {\ mathrm {Au}} \）（金属の仕事関数）、\（{\ Phi} _ {\ mathrm {NW }} \）（InAsSb NWの電子親和力）および\（{\ Delta} _ {i} \）（界面の形成時に発生する界面双極子による電圧降下）。 \（{\ delta} _ {i} \）は、金属によって引き起こされるギャップ状態の距離です。電子状態は図2bに表示されています。界面双極子は、電子に対して追加の障壁を作成する可能性があります[36]が、その効果は\（{\ delta} _ {i} \）の領域に制限されます。とりわけ、デバイスの固有の特性は、大きな寄生接触抵抗によって変調されます[37]。私たちのデバイスでは、大きな接触抵抗は暗電流を効果的に減少させますが、値は温度に依存しません。このようにして、キャリア濃度を光検出に適した範囲に制限することができます。それでも、さまざまな温度で一定に保たれる界面双極子による接触抵抗のメカニズムは、より詳細な研究が残っています。

図3aでは、光照明がある場合とない場合の2〜120 Kのデバイスの電流を表示し、残りは追加ファイル1：図S5に表示されています。 LEDの状態は時間とともに調整され、「オン」と「オフ」の状態はそれぞれ60秒間保持されます。 「オン」状態で示されるLEDの特定の電流値は、それぞれ10、20、50、100、200、500、1000、2000、および3000uAです。測定は、2〜300 Kのさまざまな温度で行われます。図3aの挿入図は、3つの最も弱い光（約4〜10 nW / cm ² ）の状態を示しています。 ）照明。図3aと同様の傾向を示しています。ただし、特に応答速度が遅く、光コンダクタンスがわずかに持続する場合は、最も弱い光で明らかに異なる光学的動作を示すことができます。図3bは、LEDの電流が2000μAである場合の20Kでのデバイスの応答時間を示しています。注目に値するのは、図3cは室温の周囲環境で得られたものです。さらに重要なことに、ここで使用した光源はすべてLEDであり、光強度の値は4000 nW / cm ² です。 （260 nm）、558 nW / cm ² （620 nm）および14 nW / cm ² （945 nm）、それぞれ。光応答性とは別に、さまざまな光の波長での応答速度から、InAsSbNWは赤外光に対してより優れた応答を示すと結論付けることができます。

異なる温度下でのソース-ドレインコンダクタンスの時間依存性。 a さまざまな入力電流での620nmLEDに対するさまざまな温度でのデバイスの光応答。 b LEDの入力電流が2000μAである場合のデバイスの応答時間は20Kです。 c 260 nm、620 nm、および945nmの照明での室温でのデバイスの波長依存性光電性能。挿入図は、260 nmLEDに対する光応答の拡大バージョンを示しています

図3aは、さまざまな温度でLEDの状態が変化すると、デバイスが高速で明らかな正の応答を示し、LED電流とともに光コンダクタンスが増加することを示しています。光照明がない場合、デバイスのコンダクタンスは約1.04×10 ^–7 です。 Ω ^-1 、これは、図2cに示す出力テストと一致します。一定の温度で、Δ G の値 （コンダクタンスからダークコンダクタンスを引いたものとして定義されます）は、光の強度を表すLED電流とともにほぼ直線的に増加します。光源が遮断されると、デバイスの電流はすぐに元の状態に戻ります。 Δ G の最大値 このプロットでは、3.2×10 ^–8 です。 Ω ^-1 10 Kで。このプロットでは、2種類の光応答を区別できることに注意してください。

1. 1。

   ほとんどの温度では、LEDがオンになると電流が急激に増加し、LEDがオンである限り電流は安定しています。

2. 2。

   10Kと20Kでは、光の照明によっても電流が急激に増加します。それでも、LEDがオンになると電流がわずかに減少し、他の温度では見られないテールがプロットに残ります。

2種類の光応答の本質的なメカニズムを明らかにするために、LEDの電流が2000μAの場合の20 Kでの応答速度の情報を証拠として抽出し、具体的な値を図3bに示します。応答時間[38、39]（τ _ris 90％の電流ピークから10％の電流ピークまでの時間ギャップを表す）は1.8秒と決定され、回復時間（τ _rec 逆に定義）は2.4秒で、これは全温度範囲でほぼ一定です。 10Kおよび20Kの場合、「テール」構造の遅延時間は約15.7秒です。これは、LED電流の照明が500μA未満の場合は驚くほどありません。図3aの挿入図の弱い光の状態と組み合わせると、10Kと20Kでの3種類の光応答を示すことができます。最も弱い光（10〜50μA）では、電流は時間とともにゆっくりと増加します。 LED電流を100〜500 µAに増やすと、応答が速くなります。電流が1000μAを超えると、テールが形成されます。言い換えれば、十分な光強度のみが一時的な「テール」構造を引き起こす可能性があります。同様の「テール」構造がInAsNWで広く報告されています[40、41]。これらのレポートの光源はすべて、光強度の高いレーザーです。これは、「テール」構造が高強度の光ゾーンにのみ現れるという我々の結果と一致しています。彼らは、「テール」は、表面準位でのキャリアのトラップとデトラップに対応する遅延効果に由来すると主張しました[42]。私たちの場合のInAsSbNWの場合、Sbに組み込まれた厳しい界面活性剤効果のために表面状態はより避けられません[43]。したがって、「テール」構造は、双晶構造の欠陥状態に由来し、十分に強力な光支援によって特定の温度でのみ電子をトラップすると予想されます。

特定の光検出器の場合、光応答性は[44]

ここで、\（{I} _ {\ mathrm {p}} \）はデバイスの光電流、\（P \）はデバイスの光パワー、\（A \）はデバイスの有効面積を表します。私たちのデバイスの場合、デバイスの有効面積は1 mm ² です。 これは、電極の蒸発中に使用されるマスクによって決定され、光度計の光受容領域は0.9 cm ² です。 。この状況では、デバイスの光応答性はそれぞれ4.25 mA / W（260 nm）、1.27 A / W（620 nm）、28.57 A / W（945 nm）であると判断でき、InAsSbの可能性がさらに確認されました。赤外線検出におけるNWサンドイッチ構造のデバイス。

デバイスの光検出率は、[14]

ここで R はデバイスの光応答性であり、 e は電荷です。 私 _暗い デバイスの暗電流を表し、値は10.8nAです。 InAsSb NWサンドイッチ構造で暗電流が抑制されると、光検出器の\（{D} ^ {*} \）の値は7.28×10 ⁷ に達します。 （260 nm）、2×10 ¹⁰ （620 nm）および4.81×10 ¹¹ cm・Hz ^1/2 W ^-1 （945 nm）、それぞれ。特に、このアレイ構造のNWのデューティ比は50％未満であるため、実際の R そして\（{D} ^ {*} \）は私たちが計算した結果よりも大きい。高い R および\（{D} ^ {*} \）は、アレイデバイスの光トラップ効果に起因するだけでなく、インターフェイス構造[2]に由来します。参考文献に要約されているナノワイヤベースの光検出器と比較。 [45]、私たちのデバイスの300 Kの動作温度は、実世界の風景で優れたアプリケーションの可能性を秘めています[6]。さらに、室温範囲では、簡単に製造できるInAsSb NWアレイデバイス（945nmで28.57A / W）の光応答性は、最も複雑なNWベースのデバイス（WSe ₂ ）を超える可能性があります。 / Bi ₂ Te ₃ ：980nmで20A / W [46]、PtSe ₂ /ペロブスカイト：800nmで0.12A / W [47]）。インターフェースダイポールは実験的に到達不可能ですが、図2の出力特性は、デバイスにダイポールが存在することを示す確かな証拠となる可能性があります。前の議論で示唆されたように、デバイスの界面層は、光照明を備えた光双極子格子として機能する可能性があり、これは、より大きな電界増強係数に寄与する可能性がある。この効果は、以前の研究[48]では界面双極子増強効果（IDEE）と呼ばれています。 IDEEは、共鳴波長範囲内にのみ存在する表面プラズモン増強効果よりも広い波長範囲で機能します。界面状態周辺の増強効果とアレイデバイスの光トラッピング効果が連携して、デバイス内の弱い光を検出します。

図4は、温度の関数としてのInAsSb NWデバイスの光応答（図4a）と光強度（図4b）の関係を示しています。 \（{I} _ {p} \）の値は、ライトをオンにしたときに光電流が取得できる極値です。光応答は、傾向への影響を遮断するために、正確な光強度によって正規化されます。最初に、異なる光強度の照明で同様の傾向を結論付けることができます。すべてのプロットで、絶対光コンダクタンスは2Kから20Kに増加し、その後80 Kまで減少し、最初のピークは20 K付近、2番目のピークは100〜120 K付近に残ります。このピークの温度範囲は、特定の温度と一致しています。過渡光電流の「テール」が存在する範囲。もう1つのピークは約100〜120 Kで、その特定の場所は、光の強度が増すにつれて、より高い温度ゾーンにシフトします。

a Δ G の温度依存性 さまざまな光強度で測定。 b Δ G の電力依存性 さまざまな温度で測定。 c バイアス電圧のあるデバイスのバンド構造。 d 光照射によるデバイスのバンド構造

光電流は[28]

ここで、\（q \）は電気素量、\（g \）は光キャリア生成率、\（{V} _ {\ mathrm {NW}} \）はNW体積、\（\ tau \）は少数キャリアの寿命。\（{\ mu} _ {d} \）はドリフト移動度、\（l \）は北西の長さです。この式は、少数キャリアの寿命とドリフト移動度が光電流の2つの重要なパラメータであることを示しています[43]。 InAsSbアレイデバイスの光電気プロセスを図4c、dに示します。光が取り込まれる前に、AuとInAsSbNWの間で電子が移動して暗電流が形成されます。界面双極子によるギャップ状態は、十分な運動量でのキャリア移動のために十分に短いです。私たちのデバイスでは、ネイティブの双晶構造によって誘発された界面状態と、製造された誘発欠陥の両方がトラップ状態として機能する可能性があります。点灯すると、プロセスIおよびIIIに示すように、十分なエネルギーと運動量を持つ過剰な電子が界面状態にトラップされます。電子濃度が低下すると、チャネル内の移動度が増加し、光生成された電子の寿命が長くなります。一方、界面状態でトラップされた電子は、チャネル内の電子を散乱させ、移動度を低下させます。放出された電子は、プロセスIVを介してコンダクタンスバンドに戻り、電流に参加します。プロセスIIに示すように、エネルギーの低い電子は導電性バンドに動機付けられ、電流に参加します。しばらくすると、プロセスVに示すように、電子は価電子帯に残った正孔と再結合します。デバイス内の2種類の散乱プロセスを結論付けることができます。トラップ電子散乱中心とチャネル内の電子-電子散乱です[49]。 。界面状態でより多くのトラップ電子が発生すると、チャネル内のキャリア移動度とキャリア濃度が低下します。その後、電子-電子散乱が弱まり、移動度の増加に作用します。結論として、これら2つの散乱プロセスは電流に協力し、10〜20 K付近で極端になります。このピークの注目すべき特徴は、「テール」構造、安定したピークサイト、および超弱光照明による持続的な光コンダクタンスです。超弱光照明では、誘導された光子の量は、飽和光電流に一度に到達するのに十分ではありません。したがって、デバイスは飽和するまで持続的な光電流を示します。光強度が増加すると、光励起されたキャリアが電流をブーストし、短い応答時間内に極値に達します。ただし、光の強度が高いほど複雑になります。飽和状態を超える過剰なキャリアは、界面状態にトラップされます。トラップされた電子がコンダクタンスバンドに放出されると、濃度は再び増加します。電子-電子散乱が増加すると、電流が減少します。これは遅延効果と呼ばれ、「テール」構造を作成します。

100〜120 K付近の2番目のピークについて、同様のピークシフトがBi ₂ で報告されています。 Te ₃ フィルム[50]。私たちの分析は、この温度範囲に再結合中心が存在することを示しています。固有のメカニズムはBi ₂ に似ています Te ₃ 、両方とも光電流（\（{I} _ {\ mathrm {p}} \））と暗電流（\（{I} _ {\ mathrm {d}} \））のバランスに関連しています。この場合、\（{I} _ {\ mathrm {d}} \）は、測定温度範囲全体でほぼ一定です。 \（{I} _ {\ mathrm {p}} \）は、少数キャリアの寿命とドリフト移動度によって決まります。 InAsSb NWのこれら2つのパラメーターは、温度と反対の依存関係にあることに注意してください。少数キャリアの寿命では、熱励起された暗キャリアは、光生成キャリアの再結合率と同様に温度とともに増加します[51]。これにより、少数キャリアの寿命は温度に反比例します。ドリフト移動度は、高温が北西部で熱励起効果を引き起こすため、温度に比例します。ピークは、\（{I} _ {\ mathrm {p}} \）と\（{I} _ {\ mathrm {d}} \）が特定の温度（約100〜120 K）でバランスをとったときに現れます。 。より高い光強度では、より多くの光生成キャリアは、バランスを必要とするために、より高い温度でより多くの熱励起キャリアを必要とします。したがって、光強度が増加すると、2番目のピークはより高い温度にシフトします。図4bは、InAsSbNWデバイスの光強度依存性の光伝導率を示しています。ここでΔ G 値は正規化されていません。 As can be seen, the light intensity of the LED strictly increases linearly with the input current (refer to Additional file 1:Figure S6). Hence, this result represents the relationship between the photoresponse and the light intensity, demonstrating the potential of the InAsSb NW array device in optical power meter.

結論

In summary, the sandwich-structured photodetector based on InAsSb NW array has achieved a splendid optical performance due to the MIGS induced by the end-bonded contact. Interface dipole and gap states suppress the dark current and enhance detection ability of the device. The native defects and the fabricated-induced defects in the device act as the interface states to modulate the optical properties. Even with the ultraweak light (4–20 nW/cm ² ) illumination, the device shows obvious photoresponse at room temperature. The response to LEDs with different wavelengths indicated that the InAsSb NW array device has the strongest response to the infrared light (945 nm). The photoresponsivity and photodetectivity are 40 A/W and 7 × 10 ¹¹  cm Hz ^1/2  W ⁻¹ 、 それぞれ。 These results confirmed that the sandwich structure in this study favors the repeatability and reliability of the NW devices, which paves a way for the fabrication of NW-based devices. Most importantly, the device may work in an ambient environment at room temperature, which is a great breakthrough for infrared detection.

データと資料の可用性

All data are fully available without restriction.現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて対応する著者から入手できます。

略語

MBE:

分子線エピタキシー

1D:

一次元

NW：

ナノワイヤー

BEP:

Beam equivalent pressure

VS:

Vapor–solid

VLS:

Vapor–liquid–solid

EBL：

電子ビームリソグラフィー

RIE：

反応性イオンエッチング

WZ：

ウルツ鉱

ZB：

Zinc blende

BFTEM:

Bright-field scanning electron microscope

HRTEM：

高分解能透過型電子顕微鏡

SAED：

選択領域電子回折

EDS：

エネルギー分散分光法

MIGS：

Metal-induced gap state

IDEE:

Interface dipole enhancement effect

LED：

Light emitting diode