Ultraviolet Photodetector Based on Nanostructured Copper Iodide Films Deposited by Automatic SILAR Method

Abstract

У статті наведено результати досліджень структури, складу та морфології наноструктурованих плівок йодиду міді (CuI), легованих сіркою, нанесених на скляні підкладки методом послідовної адсорбції та реакції іонних шарів (SILAR) для використання у якості функціональних матеріалів для ультрафіолетових фотодетекторів (UV PD). Змінюючи температуру, що використовується в процесі осадження, можна отримати шари CuI товщиною 1 мкм із морфологією нанопластівців (при 20 C) або з (111)-текстурованими трикутними нанозернами CuI (при 30 C). Оснастивши ці шари йодиду міді тонкоплівковими електродами Cr/Cu з обох боків, ми отримали UV PD фотопровідного типу. Їх лінійна вольт-амперна характеристика підтвердила утворення омічних контактів. Фотовідгуки UV PD у часі реєстрували та аналізували при різних інтенсивностях УФ-світла із середньою довжиною хвилі 367 нм від 0,15 мВт/см2 до 1,17 мВт/см2. Відповідно до загальноприйнятих критеріїв оцінки ефективності фотодетектора, UV PD з морфологією нанопластівців CuI має вищу продуктивність і менший час відгуку, ніж на основі наноструктурованої плівки йодиду міді з трикутними зернами. Він демонструє світлочутливість 170 %, монохроматичну ампер-ватну чутливість 3 А/Вт, специфічну детективність 1.2‧1011 Джонсів та зовнішню квантову ефективність 1000 %. Ці результати схожі на ті, що були нещодавно отримані різними дослідницькими групами в усьому світі, підтверджуючи потенціал використання УФ-світлочутливого матеріалу CuI з морфологією нанопластівців, отриманого автоматичним методом SILAR в технології тонкоплівкового ультрафіолетового зондування

The paper presents the results of studies of the structure, composition and morphology of sulfur-doped copper iodide (CuI) nanostructured films deposited on glass substrates by the Successive Ionic Layer Absorption and Reaction (SILAR) method for use as functional materials for ultraviolet photodetectors (UV PD). By varying the temperature used in the deposition process, it is possible to obtain 1 m thick CuI layers with the morphology of nanoflakes (at 20 C) or with (111)-textured triangular CuI nanograins (at 30 C). By equipping these copper iodide layers with Cr/Cu thin film electrodes on both sides, we obtained UV PDs of photoconductive type. Their linear current-voltage characteristics confirmed the formation of ohmic contacts. The photoresponses of UV PDs over time were recorded and analyzed under different intensities from 0.15 mW/cm2 to 1.17 mW/cm2 of UV light with an average wavelength of 367 nm. According to the generally accepted criteria for evaluating the performance of a photodetector, the UV PD with the CuI nanoflake morphology has a higher performance and a shorter response time than that based on the nanostructured copper iodide film with triangular grains. It exhibits the photosensitivity of 170 %, the responsivity of 3 A/W, the specific detectivity of 1.2‧1011 Jones and the external quantum efficiency of 1000 %. These results are similar to those recently obtained by various research groups around the world, confirming the potential of using the UV photosensitive CuI material with nanoflake morphology obtained by the automatic SILAR method in thin-film UV sensing technology