Materials Chemistry to Advance the Speed and Sensitivity of Infrared Solution-Cast Photodetectors
Notice bibliographique
Résumé
There has been considerable interest in solution-processed semiconductors for use in near-infrared (NIR) and short-wavelength infrared (SWIR) photodetectors. In this regard, perovskites and colloidal quantum dots (CQDs) are two prominent materials. I aim, in this thesis, to explore the chemistry of these material systems to enable efficient, stable, and fast solution-based infrared photodetectors. In Pb-Sn binary perovskite photodetectors, I uncover a low charge collection efficiency that results from the chemical incompatibility between tin perovskite material processing and metal oxide transport layers. I develop a new approach, revisiting the method used in chemically reducing the tin precursor. I report photodetectors with an external quantum efficiency of 85% at 850 nm, a dark current below 10-8 A/cm2, and a response time faster than 100 picoseconds. I showcase the application of these detectors in LiDAR, demonstrating sub-millimeter distance resolution. I turn my attention to SWIR InAs CQD photodiodes, finding that there is a non-optimal band alignment at the interface between the QD layer and the hole transport layer. I utilize functionalized molecular ligands to engineer the energy levels of QDs. The incorporation of molecularly tuned QDs as hole transport layers improves charge extraction efficiency from 20% to 31% at 1120 nm and leads to a two-orders-of-magnitude improvement in the dark current, reaching 4×10-7 A/cm2. I then use energy level tuning in QDs to design an electron transport layer that replaces conventional metal oxides in SWIR PbS CQD photodetectors. The favorable band alignment and improved passivation of the QD-based transport layer results in a one-order-of magnitude suppression of the dark current down to ~1×10-6 A/cm2 while maintaining an external quantum efficiency ~70% at 1450 nm. I then apply the knowledge gained on CQD surface modification to devise an efficient ligand exchange route for small-bandgap PbS CQDs. In devices, the CQD solids give rise to an external quantum efficiency greater than 80% at 1550 nm, a measured detectivity of 8×1011 Jones, and a 10 ns response time. The studies in this thesis suggest future routes to sensitive, fast, and stable photodetectors that bring out the full potential of solution-processed materials in advanced light-sensing applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,008 | 0,003 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».