A synergetic enhancement strategy of light utilization and carrier transfer for UV photodetection associated with artificial resonance nano-cavities

文献情報

出版日 2023-12-04
DOI 10.1039/D3TA06308A
インパクトファクター 12.732
著者

Zhenpeng Cheng, Zeping Li, Ming-Yu Li, Xiaoyan Wen, Xumin Ding, Hao Xu, Jihoon Lee, Haifei Lu, Sisi Liu


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要旨

Low-dimensional wide bandgap semiconductors demonstrate great potential in the large-scale fabrication of new-generation ultraviolet (UV) photodetectors (PDs) with an excellent combination of the integration level and easily tunable response spectra. However, the thickness dependence on the defect density and light absorption negatively affects the carrier photogeneration and transportation in photoactive layers, hindering the simultaneous realization of high sensitivity and low noise during detection. Herein, artificial resonance nano-cavities of 0D/2D ZnO quantum dot (QD)/MXene nanosheet (NS) composite thin films on a distributed Bragg reflector (DBR) are proposed toward high-performance UV photodetection. The uniformly distributed MXene NSs can concentrate incident photons within the composite thin films via boosted near-surface electromagnetic fields, and the extraction and transfer processes of photoinduced carriers are subsequently accelerated as experimentally and theoretically evidenced. The spatial light coupling between MXene NSs and the DBR with well-balanced periods of two dielectric layers further compensates for the unfavorable light–matter interaction within the 0D/2D composite thin films induced by the noticeable light transmission, and the comprehensive enhancement in the whole photocurrent generation procedure instantaneously endows the device with outstanding EQE (489.1%) and D* (1.7 × 1013 jones), which opens a practicable route for the fabrication of UV photodetectors with exceptional optoelectronic response and long-term stability.

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掲載誌

Journal of Materials Chemistry A

Journal of Materials Chemistry A
CiteScore: 19.5
自己引用率: 4.7%
年間論文数: 2211

Journal of Materials Chemistry A, B & C cover high quality studies across all fields of materials chemistry. The journals focus on those theoretical or experimental studies that report new understanding, applications, properties and synthesis of materials. The journals have a strong history of publishing quality reports of interest to interdisciplinary communities and providing an efficient and rigorous service through peer review and publication. The journals are led by an international team of Editors-in-Chief and Associate Editors who are all active researchers in their fields. Journal of Materials Chemistry A, B & C are separated by the intended application of the material studied. Broadly, applications in energy and sustainability are of interest to Journal of Materials Chemistry A, applications in biology and medicine are of interest to Journal of Materials Chemistry B, and applications in optical, magnetic and electronic devices are of interest to Journal of Materials Chemistry C. More than one Journal of Materials Chemistry journal may be suitable for certain fields and researchers are encouraged to submit their paper to the journal that they feel best fits for their particular article. Example topic areas within the scope of Journal of Materials Chemistry A are listed below. This list is neither exhaustive nor exclusive. Artificial photosynthesis Batteries Carbon dioxide conversion Catalysis Fuel cells Gas capture/separation/storage Green/sustainable materials Hydrogen generation Hydrogen storage Photocatalysis Photovoltaics Self-cleaning materials Self-healing materials Sensors Supercapacitors Thermoelectrics Water splitting Water treatment

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