Fotodetectores de Banda UV-Vis y UV ciegos a la luz visible basados en NIOx

Abstract

El objetivo principal del proyecto de investigación fue la deposición y caracterización de películas de óxido de níquel (NiOx) y óxido de zinc (ZnO) para aplicaciones en fotodetectores del espectro UV-Vis y UV-ciegos a la luz visible. Fotodetectores UV-Vis con alta responsividad (R) fueron fabricados mediante la deposición de películas de NiOx por RF sputtering en n-Si a temperatura ambiente (RT), 50 °C y 100 °C. En modo de auto-alimentación los fotodiodos presentaron una R entre 0.95 y 0.39 A/W para longitudes de onda entre 365 y 635 nm, mientras que bajo polarización inversa de −4 V, la R aumenta a valores entre 22 y 10.7 A/W para longitudes de onda en el mismo rango. El incremento de la temperatura de deposición conlleva a una disminución de la R, pero también a una menor corriente inversa en oscuridad, provoca un aumento de la resistividad del NiOx y un incremento de la resistencia en serie de los fotodiodos. Adicionalmente, fue estudiado el efecto del recocido térmico rápido (RTA) en las propiedades de los fotodiodos, al aplicar RTA a 550 °C por 6 minutos da lugar a una mayor responsividad comparado con la R de los fotodiodos con películas sin tratamientos térmicos. Sin embargo, una desventaja de los diodos recocidos es que la corriente en polarización inversa depende de la amplitud y polaridad de la tensión de polarización aplicada previamente. La mayor R de los fotodiodos con RTA los hace útiles como sensores de luz. Se fabricaron fotodiodos UV-ciegos a luz visible basados en heteroestructuras NiOx/ZnO, con NiOx depositado por RF sputtering a temperatura ambiente y ZnO mediante deposición por capas atómicas asistido por plasma (PE-ALD). Previo a la deposición de ZnO se empleó un pretratamiento del sustrato mediante plasma por 5 y 10 minutos para promover la adhesión de las películas a diferentes sustratos. Los fotodiodos con películas de ZnO con pretratamiento de 5 minutos mostraron una responsividad (R) entre 4.05 y 0.02 A/W en modo de auto-alimentación, y de 116 a 0.86 A/W bajo −1.5 V, en el rango de 365–635 nm. Tiempos de pretratamiento más largos resultaron en defectos en ZnO, causando atrapamiento de carga bajo iluminación UV. Las heterouniónes en sustratos transparentes rígidos ofrecieron resultados prometedores, mientras que en sustratos transparentes flexibles el rendimiento disminuyó, lo que indica una necesidad de mayor optimización para adaptar el proceso a sustratos flexibles.