Single aluminum nitride nanowire based electronic and flexible optoelectronic devices

Abstract

Bu çalışmada alüminyum nitrür nanotel bazlı alan etkili transistör ve esnek ultraviyole (UV) fotodedektör cihazları üretilmiştir. İlk olarak, çok küçük ölçekte olan esnek UV fotodedektörler, ölçeklenebilir ve düşük maliyetli bir yöntemle üretilmiştir. Bu yöntemle, 110 μm x 110 μm boyutlarında altın mikro elektrotlar ve elektrotlar arasında çok dar boşluklar elde edebildik. Tek alüminyum nitrür nanotel UV fotodedektör, 30 V’ta 254 nm UV ışık altında mükemmel bir harici kuantum verimliliği (% 584) ile birlikte çok yüksek bir duyarlılık (1197.5 mA/ W) sergiledi. Fotodedektör ayrıca esnek bir AlN tek nanotel cihazı olarak çok yüksek bir yüksek algılama değeri (2.32 x 1012 Jones) gösterdi. Ayrıca, kendi kendine çalışan UV fotodedektör, 254 nm UV ışığı altında sırasıyla 2.62 x 1012 Jones ve 362.5 mA/ W'lik bir algılama ve duyarlılık değerleri sergiledi. Dahası, esnek fotodedektörler çok iyi bir dalga boyu seçiciliği ve çok hızlı bir tepki hızının yanı sıra yoğun bükme testlerine karşı çok yüksek dayanıklılık gösterdi. Ek olarak, tek alüminyum nitrür nanotel alan etkili transistörünün elektriksel taşınım özellikleri araştırıldı. Cihaz yüksek bir geçiş iletkenliği (26.9 pS), yüksek açma/ kapama akım oranı (795.9), yüksek iletkenlik (9.8 x 10-4 Ω-1·cm-1) ve çok düşük bir kaçak akım (10 pA) sergiledi. AlN nanotelinin iletkenliği, bildirilen çalışmalardan yüz kat daha yüksekti. Sonuç olarak, AlN nanotellerin düşük güç, yüksek sıcaklık, piezoelektrik uygulamaların yanı sıra giyilebilir ve esnek UV fotonik uygulamalarında kullanılmak üzere yüksek performanslı, uygun maliyetli ve güç tasarruflu cihazların üretilmesini sağladığı gösterilmiştir.

In this study, aluminum nitride nanowire-based field effect transistor and flexible ultraviolet (UV) photodetector devices have been fabricated. First, a scalable and highly cost-effective method was used to make flexible UV photodetectors on a very small scale. With this method, we were able to achieve gold micro-electrodes of size 110 µm x 110 µm and very narrow gaps between the electrodes. Single aluminum nitride nanowire UVPD exhibited a very high responsivity (1197.5 mA/ W) and an excellent external quantum efficiency (584 %) under 254 nm UV light exposure at 30 V bias. The photodetector also displayed a very high detectivity (2.32 x 1012 Jones) as a flexible AlN single nanowire device. Furthermore, the self-powered UVPD displayed a specific detectivity and responsivity of 2.62 x 1012 Jones and 362.5 mA/ W, respectively, under 254 nm UV light exposure. Moreover, the flexible UVPDs displayed very good wavelength selectivity and fast response speed, as well as excellent durability against intense bending tests. The electrical transport properties of the single aluminum nitride nanowire field effect transistor were investigated. The FET demonstrated a high transconductance (26.9 pS), high on/ off current ratio (795.9), high conductivity (9.8 x 10-4 Ω-1·cm-1), and a very low leakage current (10 pA). The conductivity of our device was two orders of magnitude higher than the reported studies. In consequence, AlN nanowires have been shown to enable fabrication of high-performance, cost-effective, and power-efficient devices for use in low power, high temperature, piezoelectric applications as well as wearable and flexible UV photonic applications.