The Impact of Adsorbates on the Optoelectronic Properties of Graphene/Silicon Based Schottky Barrier Photodiodes

Abstract

The aim of this study is to investigate the effect of atmospheric adsorbates on the electronic and optoelectronic properties of graphene/n-type Silicon (Gr/n-Si) based Schottky barrier photodiodes. Wavelength resolved photocurrent spectroscopy and transient photocurrent spectroscopy measurements conducted under high-vacuum conditions revealed that the adsorbates cause hole doping in graphene and hence increase the zero-bias Schottky barrier height of the Gr/n-Si heterojunction from 0.71 to 0.78 eV. Adsorbate induced increment in the barrier height promotes the separation of photo-excited charge carriers at the depletion region of the heterojunction and leads to an improvement in the maximum spectral response (e.g., from 0.39 to 0.46 A W^-1) and response speed of the Gr/n-Si photodiode in the near-infrared region. The experimentally obtained results are expected to give an insight into the adsorbate induced variations in the rectification and photo-response characters of the heterojunctions of graphene and other 2D materials with different semiconductors.

Bu çalışmanın amacı, atmosferik adsorbatların grafen/n-tipi Silikon (Gr/n-Si) bazlı Schottky bariyer fotodiyotlarının elektronik ve optoelektronik özelliklerine etkisini araştırmaktır. Yüksek vakum koşulları altında yapılan dalga boyu çözümlemeli fotoakım spektroskopisi ve geçici fotoakım spektroskopi ölçümleri, adsorbatların grafende boşluk katkısına neden oldugunu ve dolayısıyla Gr/n-Si heteroyapısının sıfır beslem Schottky bariyer yüksekliğini 0.71'den 0.78 eV'ye yükselttiğini ortaya çıkardı. Bariyer yüksekliğinde adsorbatla indüklenen artışın, heteroyapının tükenme bölgesinde foto uyarımlı yük taşıyıcıların ayrılmasını teşvik eder ve yakın kızılötesi bölgede Gr/n-Si fotodiyotun maksimum spektral tepkisinde (0.39'dan 0.46 A W^-1'a) ve tepki hızında bir iyileşmeye yol açtığı bulunmuştur. Deneysel olarak elde edilen sonuçların grafen ve diğer 2D materyallerin farklı yarı iletkenlerle oluşturduğu heteroyapılarının düzeltmesinde ve foto-tepki karakterlerindeki adsorbat kaynaklı varyasyonları anlaması beklenmektedir.