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Las nanoplacas de calcogenuro de cadmio (NPL) bidimensionales (2D) exhiben propiedades ópticas únicas y se utilizan en optoelectrónica. En un artículo publicado en la revista Nanomateriales aplicados ACSSeleniuro de cadmio (CdSe)/sulfuro de cadmio (CdS) sintetizado núcleo/carcasa (CS) NPL para obtener fotodetectores con respuesta rápida y alta detectividad para aplicaciones optoelectrónicas.
Estudio: nanoláminas de núcleo y cubierta 2D CdSe/CdS para fotodetectores de alto rendimiento. Crédito: Creadores de Wirestock/Shutterstock.com
Se ha destacado el efecto del tiempo de crecimiento de la reacción sobre las propiedades fotofísicas y estructurales, las propiedades de fotodetección y la dinámica del portador de carga de los NPL. El refinamiento de Rietveld de los patrones de difracción de rayos X (XRD) de CdSe/CdS-CS-NPL reveló la presencia de blenda de zinc (ZB) y wurtzita (TM) en una proporción de 5:3.
Aumentar el tiempo de crecimiento cambió la emisión de fotoluminiscencia de verde a rojo y aumentó el tiempo de decaimiento en 12 veces. El dispositivo fotodetector basado en CdSe/CdS-CS-NPL mostró una relación de intensidad de corriente foto-a-oscuridad de aproximadamente 600 con un tiempo de fotorrespuesta de 100 milisegundos.
La fotosensibilidad máxima de los NPL observados en el rango visible fue de aproximadamente 113 miliamperios por vatio con una alta detectividad de aproximadamente 2,1 x 1013 Jones. Los resultados confirmaron que los fotodetectores basados en CdSe/CdS-CS-NPL son candidatos prometedores para aplicaciones optoelectrónicas de próxima generación.
NPL 2D en fotodetectores
Los fotodetectores de alto rendimiento tienen una demanda cada vez mayor para desarrollar tecnologías fotónicas avanzadas para imágenes térmicas, biodetección y comunicaciones ópticas. Las uniones pn, Schottky e híbridas orgánico-inorgánicas en un fotodetector ayudan a convertir una señal óptica en una señal eléctrica que se registra a través de una salida. Aquí los parámetros de detectividad y fotosensibilidad determinan el rendimiento de un fotodetector.
Los dispositivos fotodetectores procesados en solución pueden cumplir con los requisitos de costo, calidad, bajo consumo de energía y estabilidad de los fotodetectores. Por otro lado, los métodos de deposición asistida por vapor no son adecuados para la producción en masa de fotodetectores flexibles. En consecuencia, las técnicas de procesamiento en solución tienen un gran potencial para los fotodetectores de próxima generación.
Los NPL 2D hechos de nanocristales semiconductores II-VI se han explorado en la última década. Debido a sus propiedades físicas únicas, los NPL 2D se han utilizado en aplicaciones optoelectrónicas. Además, recubrir la superficie de los NPL con materiales de cubierta con una banda prohibida más amplia, incluido el sulfuro de zinc (ZnS), el seleniuro de zinc (ZnSe) y el CdS, puede ayudar a resolver los problemas de estabilidad química y fotoestabilidad que se encuentran en los NPL prístinos.
Aunque la deposición de nanocristales de ZnSe o CdSe o ZnS puede causar una falta de coincidencia de la red entre los materiales de la cubierta y el núcleo, lo que lleva a tensiones interfaciales, la coincidencia de la red es comparativamente pequeña cuando se recubre con NC de núcleo/cubierta (CS) de CdSe/CdS.
2D CdSe/CdS CS NPL para fotodetectores de alto rendimiento
En el presente trabajo se sintetizó CdSe/CdS-CS-NPLs a alta temperatura y de forma controlada utilizando oleato de cadmio y 1-octanotiol como precursores catiónicos y aniónicos, respectivamente. Aquí, la deposición de la capa de CdS en el núcleo de CdSe se controló variando la cantidad de precursor aniónico.
Los CdSe/CdS-CS-NPL sintetizados previamente mediante el crecimiento por inyección en caliente de la capa de CdS produjeron una alineación de banda casi tipo II en la que los electrones y los huecos se deslocalizaron en la capa y en el núcleo, respectivamente. Sin embargo, la deposición controlada de la capa de CdS en el presente trabajo ayudó a ajustar la emisión fotoluminiscente de verde a naranja a rojo brillante en función del diferente grosor de la capa, lo que es útil para su aplicación de sensor en el fotodetector.
Además, la deposición de la capa de CdS en el núcleo de CdSe aumentó el número de sitios activos en la superficie y redujo los estados de trampa superficial en las heteroestructuras CS, lo que mejoró el canal de decaimiento radiativo y, en última instancia, mejoró el rendimiento de fotodetección del dispositivo.
Además, la banda prohibida óptica reducida debido a la deposición de capas de CdS ayudó a la fotogeneración de portadores de carga deslocalizados por CdSe/CdS CS-NPL a CS-NPL, lo que resultó en una fotoluminiscencia más prolongada para aplicaciones de imágenes.
Los estudios de absorción transitoria de femtosegundos (fs-TA) revelaron que la cinética de la recuperación de la decoloración con el crecimiento continuo de la capa fue más lenta en los CS-NPL sintetizados, lo que mejoró la eficiencia de los dispositivos optoelectrónicos.
Conclusión
En general, CdSe/CdS-CS-NPL se sintetizaron a través de un enfoque de crecimiento de caparazón a alta temperatura. La capacidad de ajustar la absorción estacionaria y la fotoluminiscencia de los NPL sintetizados en función de los tiempos de reacción los convirtió en candidatos prometedores para aplicaciones optoelectrónicas.
El núcleo de CdSe depositado con el revestimiento de CdS pasivaba los estados de trampa superficial que suprimían la vía no radiativa y mejoraban el canal de desintegración radiativa. Además, los estudios de fs-TA mostraron que los NPL con núcleo de CdSe depositados en cubiertas de CdS exhibieron una dinámica de recuperación de blanqueador reducida.
Además, los CdSe/CdS-CS-NPL preparados mostraron una respuesta rápida, alta corriente de luz a oscuridad y alta detectabilidad. Por lo tanto, los CS-NPL sirven como candidatos prometedores para fotodetectores de próxima generación en detección ambiental, seguridad e instrumentación de seguridad.
Relación
Dutta A, Medda A, Ghosh S, Sain S, Patra A (2022). Nanoláminas 2D CdSe/CdS core-shell para fotodetectores de alto rendimiento. Nanomateriales aplicados ACS. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.2c02663
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