Investigating Electrical and Photoconductive Properties of Aluminum Nitride Nanowire (AlNNW) Based Ultraviolet (UV) Photodetector

Abstract

Genis bant aralıklı (WBG, tipik olarak 3 eV 6eV arasında) tek boyutlu nanoyapılı yarı iletken malzemeler UV fotodetektörler, fototransistörler ve fotodiyodlar gibi ısıga duyarlı cihaz uygulamaları için yapı tasları olarak kullanılabilecek iyi adaylardır. Ayrıca, yüksek UV ısık hassasiyet, küçük boyut, çabuk tepki süresi, düsük güç tüketimi ve yüksek verimlilik, yeni ve üstün fotonik uygulamalarda nano cihazlarda istenilen önemli özelliklerdir. önemli bir III-nitrür grubu WBG yarı iletkeni olan AlN nanoyapılar, büyük dogrudan bant boslugu (6.28 eV), düsük elektron ilginligi, yüksek termal iletkenligi, yüksek erime noktası (2300 oC yukarısı) ve kimyasal kararlılıgı sebebiyle önemli bir ilgi odagı olmustur. AlN'in içsel üstün özelliklerine ragmen, hatasız ve tek tip morfolojiye sahip AlN nanoyapılarının sentezindeki zorluklar devam etmekte, bu sebeple de elektronik ve fotonik cihaz çalısmalarının sayısı sınırlanmaktadır.Bu çalısma, çok düsük maliyetli, herhangi bir litografi metoduna gereksinim duyulmayan bir imalat seması aracılıgıyla, dogrudan transfer yöntemi ile serbest duran, katalizör kullanmadan sentezlenmis AlN nanowire (AlNNW) filmlerinden bir ultraviyole (UV) fotodetektörününü retilmesini sunmaktadır. Cihaz, derin UV ısıga hızlı bir tepki göstererek sırasıyla 0.27 s ve 0.41 s'lik bir tepki ve azalma süreleri göstermistir. Foto akım ölçümleri 1 V ile 20 V arasında degisen ön gerilimlerde yapılmıstır. Aslında, esnek AlNNW fotodetektör, düsük ön gerilim degerlerinde (1V kadar düsük) bile çok yüksek hassasiyet göstererek hassas UV ısık duyarlılıgını ve düsük voltajlarda çalısabilme yetenegini göstermektedir. Dahası, foto akım, UV ısıgı kapatıldıktan sonra karanlık akım degerine hızla düserek üretilen AlN filimde kusur bulunmadıgını göstermektedir. Sonuç olarak, kolay fabrikasyon seması çok uygun maliyetli, kolayca ölçeklenebilir; ve giyilebilir cihazlar da dahil olmak üzere çesitli esnek fotonik ve elektronik uygulamalarda genis entegrasyon imkanı sunmaktadır.

One-dimensional nanostructured wide bandgap (WBG) semiconductor nanomaterials (typically Eg 3 eV - 6 eV) are good candidates as building blocks for photosensitive device applications such as UV photodetectors, phototransistors, and photodiodes. Furthermore, high UV light sensitivity, small sizes, quick response times, low power consumption, and high efficiency are the most important features of nanodevices for new and superior photonic applications. AlN nanostructures, an important III-nitride WBG semiconductor, have attracted significant attention due to its large direct bandgap (6.28 eV), low electron affinity, high thermal conductivity, high melting point (above 2300 oC),and chemical stability. Despite its intrinsic superior properties, challenges in synthesis of defect free and uniform morphology AlN nanostructures persist, thereby limiting the number of electronic and photonic device studies.This work presents the fabrication of a flexible ultraviolet (UV) photodetector from freestandingcatalyst-free grown AlN nanowire (AlNNW) films via a direct transfer method through a very low-cost non-lithographic fabrication scheme. The device has demonstrated a quick photoresponse rise and decay times of 0.27 s and 0.41 s to the deep-UV light illumination, respectively. The photocurrent measurements have been conducted for bias voltages ranging from 1V to 20V. In fact, the flexible AlNNW photodetector is very sensitive to the UV illumination even at low bias voltages (as low as 1V) indicating very high sensitivity and capability of operating at low voltages. Moreover, the photocurrent rapidly dropped to dark current values upon turning off the UV light, suggestingthe absence of defect-related traps. Consequently, the facile fabrication scheme is very cost-effective, readily scalable; and offers broad integration capabilities in various flexible photonic and electronic applications including wearable devices.