Pourquoi les nanofils font de très bons photodétecteurs ?

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Dans une nouvelle étude qui va paraître dans Nano Letters, les chercheurs de l’Université de Californie à San Diego montrent que la géométrie des nanofils semi-conducteurs les rend particulièrement adaptés pour la détection de lumière à haute sensibilité. Pour qu’un nanofil serve de détecteur photoélectrique, les photons incidents doivent avoir une énergie suffisante pour libérer des électrons, et ces électrons ne doivent pas se recombiner trop rapidement de manière à circuler le long du nanofil et produire, sous un champ électrique appliqué, un courant électrique. Cette nouvelle étude révèle que la géométrie des nanofils, caractérisée par un grand rapport surface sur volume, est favorable au piégeage des trous. Grâce à un temps de recombinaison plus grand, le courant électrique généré par les photons incidents est plus élevé. L’étude théorique montre que la conductivité induite par la lumière est améliorée d’un facteur 10 en utilisant des nanofils plutôt que des structures de géométrie classique.

Outre l’amélioration du gain de photoconduction, l’avantage essentiel des nanofils pour les applications de photodétection est qu’ils présentent un très bon rapport signal sur bruit, environ mille fois supérieur à celui d’un photodétecteur de taille normale. Ceci permet d’obtenir une sensibilité très élevée, à condition que la lumière puisse être efficacement couplée au nanofil. Les chercheurs ont essayé plusieurs méthodes pour augmenter l’efficacité de ce couplage comme par exemple celle de placer les nanofils dans une cavité optique résonnante. En théorie, un photodétecteur à base de nanofil peut détecter un photon unique, ce qui est la sensibilité ultime pour n’importe quel détecteur photoélectrique.

Les chercheurs ont également montré que l’oxygène moléculaire absorbé à la surface de nanofils d’oxyde de zinc (ZnO) capture des électrons libres (dopage de type n des nanofils), ce qui freine les recombinaisons électron/trou. Selon les chercheurs, ce mécanisme explique la grande sensibilité mesurée des détecteurs photoélectriques à base de ZnO. Au cours de ces travaux, les chercheurs ont fabriqué et caractérisé des détecteurs photoélectriques UV à partir de nanofils de ZnO avec des diamètres de 150 à 300 nanomètres et des longueurs de 10 à 15 micromètres.

Source :

http://www.jacobsschool.ucsd.edu/news/news_releases/release.sfe?id=653

Pour en savoir plus, contacts :

ZnO Nanowire UV Photodetectors with High Internal Gain
C. Soci, A. Zhang, B. Xiang, S. A. Dayeh, D. P. R. Aplin, J. Park, X. Y. Bao, Y. H. Lo, and D. Wang, Department of Electrical and Computer Engineering, Jacobs School of Engineering, UCSD
Code brève
ADIT : 42616

Rédacteur :

Raphaël Allègre, vi.me@consulfrance-sanfrancisco.org

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….