So sánh hiệu suất lượng tử và độ nhạy của cảm biến quang carbon nanotube đơn tường với các kim loại điện cực khác nhau

Journal of Materials Science - Tập 52 - Trang 10273-10284 - 2017
A. Mahmoudi1, M. Troudi1,2, P. Bondavalli3, N. Sghaier1,2
1Laboratoire de Microélectronique et Instrumentation (LR13ES12), Faculté des Sciences de Monastir, Université de Monastir, Monastir, Tunisia
2Equipe composants électroniques (UR11ES89), Institut Préparatoire aux Etudes d’Ingénieurs de Nabeul (IPEIN), Université de Carthage, Merazka, Nabeul, Tunisia
3Laboratoire de Chimie et des Materiaux Fonctionnels, Thales Research and Technology, Palaiseau, France

Tóm tắt

Trong bài báo này, đã tiến hành các phép đo thực nghiệm về tính quang dẫn trong các lớp mỏng carbon nanotube đơn tường (SWCNT) bằng cách sử dụng bốn điện cực khác nhau (Pt, Pd, Au và Ti). Công trình của chúng tôi chỉ ra tác động của cường độ và bước sóng ánh sáng lên tín hiệu phản ứng quang. Trong bối cảnh này, chúng tôi đã thực hiện các đặc tính dẫn điện của thiết bị ở nhiệt độ phòng dưới sự chiếu sáng liên tục với bước sóng khả kiến. Các phép đo tính quang dẫn, được thực hiện mà không có sự điều khiển, đã cho thấy một sự gia tăng phản ứng quang mạnh tại các giao điểm nanotube/điện cực. Phản ứng thu được thường được quy cho sự phân giải và sau đó là sự khuếch tán của các hạt mang điện được kích thích bởi ánh sáng. Chúng tôi cũng đã chứng minh rằng việc lựa chọn kim loại điện cực tốt sẽ làm tăng rõ rệt tính quang dẫn của lớp mỏng SWCNT. Do có chức năng công việc cao và độ bám dính tuyệt vời trên lớp mỏng của SWCNT, các điện cực Au đã cho thấy kết quả quan trọng nhất so với các kim loại khác. Hiệu suất lượng tử cao nhất (\( \eta \)) được tính toán trong trường hợp của chúng tôi là khoảng 12%, và độ nhạy đạt 121.48 mA/W cho tiếp điểm Au–SWCNT.

Từ khóa

#carbon nanotube #photoconductivity #quantum efficiency #responsivity #electrode metals

Tài liệu tham khảo

Ichida M, Hamanaka Y, Kataura H, Achiba Y, Nakamura A (2004) Ultrafast relaxation dynamics of photoexcited carriers in metallic and semiconducting single-walled carbon nanotubes. J Phys Soc Jpn 73(12):3479–3483 Chen H, Xi N, Lai KWC, Fung CKM, Yang R (2010) Development of Infrared detectors using single carbon-nanotube-based field-effect transistors. IEEE Trans Nanotechnol 9(5):582–589 Wu Z (2004) Transparent, conductive carbon nanotube films. Science 305(5688):1273–1276 Behnam A et al (2007) Nanolithographic patterning of transparent, conductive single-walled carbon nanotube films by inductively coupled plasma reactive ion etching. J Vac Sci Technol B Microelectron Nanometer Struct 25(2):348 Behnam A, Noriega L, Choi Y, Wu Z, Rinzler AG, Ural A (2006) Resistivity scaling in single-walled carbon nanotube films patterned to submicron dimensions. Appl Phys Lett 89(9):93107 Lu S, Panchapakesan B (2006) Nanotube micro-optomechanical actuators. Appl Phys Lett 88(25):253107 Fujiwara A et al (2001) Photoconductivity in semiconducting single-walled carbon nanotubes. Jpn J Appl Phys 40(11B):L1229–L1231 Dresselhaus MS, Dresselhaus G, Saito R, Jorio A (2007) Exciton photophysics of carbon nanotubes. Annu Rev Phys Chem 58(1):719–747 He X, Léonard F, Kono J (2015) Uncooled carbon nanotube photodetectors. Adv Opt Mater 3(8):989–1011 Zhang T-F et al (2016) Broadband photodetector based on carbon nanotube thin film/single layer graphene Schottky junction. Sci Rep 6:38569 Léonard F, Tersoff J (2000) Role of fermi-level pinning in nanotube schottky diodes. Phys Rev Lett 84(20):4693–4696 Odintsov AA (2000) Schottky barriers in carbon nanotube heterojunctions. Phys Rev Lett 85(1):150–153 A. Pavlov, E. Kitsyuk, R. Ryazanov, V. Timoshenkov, and Y. Adamov, “Photodetector based on carbon nanotubes,” 2015, p. 95520 V Behnam A et al (2008) Metal-semiconductor-metal photodetectors based on single-walled carbon nanotube film—GaAs schottky contacts. J Appl Phys 103(11):114315 Behnam A et al (2008) Experimental characterization of single-walled carbon nanotube film-Si Schottky contacts using metal-semiconductor-metal structures. Appl Phys Lett 92(24):243116 Palacios JJ, Tarakeshwar P, Kim DM (2008) Metal contacts in carbon nanotube field-effect transistors: beyond the Schottky barrier paradigm. Phys Rev B 77(11):113403 Liu W, Hierold C, Haluska M (2014) Electrical contacts to individual SWCNTs: a review. Beilstein J Nanotechnol 5:2202–2215 Hasan T, Scardaci V, Tan P, Rozhin AG, Milne WI, Ferrari AC (2007) Stabilization and ‘debundling’ of single-wall carbon nanotube dispersions in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) by polyvinylpyrrolidone (PVP). J Phys Chem C 111(34):12594–12602 Bondavalli P, Legagneux P, Le BP, Pribat D, Nagle J (2006) Conductive nanotube or nanowire fet transistor network and corresponding electronic device, for detecting analytes. Google Patents, 07 Dec 2006 Troudi M, Bergaoui Y, Bondavalli P, Sghaier N (2016) Time domain analysis of traps generated random telegraph signal in (SWCNT) based sensors. Sens Actuators A Phys 252:185–189 Jariwala D, Sangwan VK, Lauhon LJ, Marks TJ, Hersam MC (2013) Carbon nanomaterials for electronics, optoelectronics, photovoltaics, and sensing. Chem Soc Rev 42(7):2824–2860 Bondavalli P, Gorintin L, Feugnet G, Lehoucq G, Pribat D (2014) Selective gas detection using CNTFET arrays fabricated using air-brush technique, with different metal as electrodes. Sens Actuators B Chem 202:1290–1297 http://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/protocols/materials-science/characterization-and.html Wei T-Y et al (2010) Large enhancement in photon detection sensitivity via Schottky-gated CdS nanowire nanosensors. Appl Phys Lett 96(1):13508 Basori R, Das K, Kumar P, Narayan KS, Raychaudhuri AK (2013) Large photoresponse of Cu: 7, 7, 8, 8-tetracyanoquinodimethane nanowire arrays formed as aligned nanobridges. Appl Phys Lett 102(6):61111 Basori R, Das K, Kumar P, Narayan KS, Raychaudhuri AK (2014) Single CuTCNQ charge transfer complex nanowire as ultra high responsivity photo-detector. Opt Express 22(5):4944–4952 Zhang H, Zhang X, Liu C, Lee S-T, Jie J (2016) High-responsivity, high-detectivity, ultrafast topological insulator Bi 2 Se 3/silicon heterostructure broadband photodetectors. ACS Nano 10(5):5113–5122 Rose A (1963) Concepts in photoconductivity and allied problems. Interscience Publishers, New York Goykhman I et al (2016) On-chip integrated, silicon-graphene plasmonic schottky photodetector with high responsivity and avalanche photogain. Nano Lett 16(5):3005–3013 Zhang Y, Dai H (2000) Formation of metal nanowires on suspended single-walled carbon nanotubes. Appl Phys Lett 77(19):3015–3017 He Y, Zhang J, Wang Y, Yu Z (2010) Coating geometries of metals on single-walled carbon nanotubes. Appl Phys Lett 96(6):63108 Javey A, Guo J, Wang Q, Lundstrom M, Dai H (2003) Ballistic carbon nanotube field-effect transistors. Nature 424(6949):654–657 Lim SC et al (2009) Contact resistance between metal and carbon nanotube interconnects: effect of work function and wettability. Appl Phys Lett 95(26):264103 Maiti A, Ricca A (2004) Metal-nanotube interactions—binding energies and wetting properties. Chem Phys Lett 395(1–3):7–11 Manohara HM, Wong EW, Schlecht E, Hunt BD, Siegel PH (2005) Carbon nanotube Schottky diodes using Ti–Schottky and Pt–ohmic contacts for high frequency applications. Nano Lett 5(7):1469–1474 Zeng Q et al (2012) Carbon nanotube arrays based high-performance infrared photodetector. Opt Mater Express 2(6):839 Lee JU (2005) Photovoltaic effect in ideal carbon nanotube diodes. Appl Phys Lett 87(7):73101 Xie Y, Gong M, Shastry TA, Lohrman J, Hersam MC, Ren S (2013) Broad-spectral-response nanocarbon bulk-heterojunction excitonic photodetectors. Adv Mater 25(25):3433–3437 Lu R, Christianson C, Weintrub B, Wu JZ (2013) High photoresponse in hybrid graphene–carbon nanotube infrared detectors. ACS Appl Mater Interfaces 5(22):11703–11707