Ricercatori a Singapore e in Cina hanno collaborato per sviluppare un fotorilevatore autoalimentato che può essere utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni come l'analisi chimica, comunicazioni, indagini astronomiche e molto altro.
Tipicamente, i fotorivelatori richiedono una tensione esterna per fornire la forza motrice per separare e misurare gli elettroni fotogenerati che compongono il rilevamento. Per eliminare questa esigenza, il gruppo di ricerca guidato da Junling Wang e Le Wang della Nanyang Technological University di Singapore ha sviluppato un romanzo, fotorivelatore sensibile e stabile basato su una giunzione semiconduttiva chiamata GdNiO 3 /SrTiO . drogato con Nb 3 (GNO/NSTO) eterogiunzione p-n. Un campo elettrico intrinseco all'interfaccia GNO/NSTO fornisce la forza trainante per una separazione efficiente dei vettori fotogenerati, eliminando la necessità di una fonte di alimentazione esterna.
Oltre alla sua funzione autoalimentata, Wang e il suo team riferiscono di aver ottimizzato le proprietà del materiale per ottenere un'ampia sensibilità. Per questi composti, la maggior parte del lavoro di ricerca finora si è concentrato sullo studio dell'origine della transizione metallo-isolante, ma questa squadra ha adottato un approccio diverso.
Le proprietà della perovskite nichelata, la categoria dei materiali delle celle solari in cui ricade questa struttura, sono molto sensibili al contenuto di ossigeno. Questa sensibilità consente la messa a punto delle strutture elettroniche finali variando l'ambiente di ossigeno durante la deposizione del film (costruzione dell'eterogiunzione).
"Il nostro lavoro è nuovo e conferma che i film di nichel hanno band gap sintonizzabili con il cambiamento della concentrazione di ossigeno vacante, che li rende ideali come materiali che assorbono la luce nei dispositivi optoelettronici, " ha detto Wang. "Utilizzando il fotorilevatore autoalimentato che abbiamo progettato, ne studiamo la fotoresponsività utilizzando sorgenti luminose con diverse lunghezze d'onda, con una significativa foto-risposta che appare quando la lunghezza d'onda della luce scende a 650 nanometri", ha detto Wang.
Una sfida significativa nello sviluppo di questo fotorilevatore è stata determinare la corretta struttura della banda, o struttura energetica disponibile per gli elettroni, dei film GNO spessi 10 nanometri.
"Per ottenere le strutture a banda, abbiamo utilizzato sia misurazioni ellissometriche spettroscopiche che misurazioni di spettroscopia fotoelettronica ultravioletta (UPS), " ha detto Wang. Utilizzando i valori dedotti per il bandgap ottico da queste misurazioni, insieme a limiti e valori noti per i film GNO, potrebbero tracciare i livelli di energia e le funzioni di lavoro dei vari componenti nei dispositivi.
Il team spera di esplorare più materiali con caratteristiche simili. "Una delle caratteristiche notevoli dei nichelati [...] è la dipendenza delle loro proprietà fisiche dall'elemento delle terre rare prescelto, " disse Wang. "Finora, abbiamo studiato solo il film di GdNiO3, ma oltre a questo possiamo anche indagare su altri "R"-NiO 3 film dove "R" può essere Nd (neodimio), Sm (animonia), Er (erbio) e Lu (lutezio) e studiano le loro potenziali applicazioni nel fotorivelatore."
Il team prevede inoltre di migliorare le prestazioni del fotorilevatore aggiungendo un SrTiO . isolante 3 (STO) strato inserito tra il GdNiO 3 pellicola e substrato NSTO.
Questo nuovo lavoro ha un grande potenziale per le applicazioni che utilizzano dispositivi optoelettronici. "Riteniamo che questo documento stimolerà ulteriori studi e amplierà le potenziali applicazioni di sistemi basati su nichelati, " ha detto Wang.
