Fotodetector eficiente en infrarrojo cercano basado en película VO2 obtenida por pulverización magnetrónica de corriente continua

YANG Qi ,  

ZENG Min ,  

ZHOU Wenqi ,  

DENG Kun ,  

LI Gen ,  

YANG Liu ,  

LI Yuebin ,  

摘要

El material semiconductor de dióxido de vanadio (VO2) presenta una banda prohibida estrecha y una transición reversible metal-aislante (MIT), mostrando amplias perspectivas de aplicación en el campo de la detección fotoeléctrica en el infrarrojo cercano. En este trabajo se utilizó pulverización magnetrónica de corriente continua con un blanco metálico de vanadio, combinada con un proceso de recocido, para preparar con éxito películas monoclinicas VO2 (M1) sobre un sustrato de silicio tipo p. Su superficie presenta una estructura granular uniforme y densa, y a temperatura ambiente el VO2 (M1) crece preferentemente orientado a lo largo del plano de baja energía (011). A 70 ℃ la fase principal es la fase rutilo VO2 (R). Se construyó además un fotodetector de infrarrojo cercano con estructura metal-semiconductor-metal (MSM) (Ag/VO2/Ag). A un sesgo de 1,5 V y iluminación infrarroja cercana de 980 nm, el dispositivo exhibe un excelente desempeño de respuesta fotoeléctrica a temperatura ambiente. Cuando la densidad de potencia de luz incidente es de 0,07 mW/cm2, la responsividad y la detectividad alcanzan picos de 109,06 mA/W y 2,33×1010 Jones respectivamente, con tiempos de subida y caída de respuesta óptica de 0,256 s y 0,427 s respectivamente. El análisis de las características dependientes de la temperatura muestra que la responsividad en el rango de 20~80 ℃ aumenta monotonamente con la temperatura, atribuible principalmente a la transición estructural M1→R del VO2 que provoca un aumento en la concentración de portadores de carga. Además, el dispositivo mantiene un buen rendimiento de respuesta óptica en un amplio rango espectral de 455~1100 nm.

关键词

pulverización magnetrónica de corriente continua;VO2;transición metal-aislante;infrarrojo cercano;fotodetector

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