Mid-wavelength infrared photo response and band alignment for sensitized PbSe thin films

Abstract

PbSe thin films were deposited using the chemical bath deposition method and sensitized with iodine for enhanced IR photoconductivity. After sensitization, PbSe films showed a high photoresponse of 44.7% in terms of resistance change in the midinfrared wavelength range (3–5 μm). To investigate the origin of high photoresponse in sensitized PbSe films, the bandgap, work function, and valence band maximum were measured by photoluminescence (PL) and X-ray photoelectron spectroscopy secondary cutoff and valence spectra. Infrared photoluminescence spectra showed a PbSe bandgap of 0.29 eV. Visible PL spectra showed a PbI2 bandgap of 2.41 eV. Work functions of as-grown PbSe and PbI2 in sensitized PbSe were determined to be 4.30 eV and 4.50 eV, respectively. An Ag/PbSe/Ag band diagram shows a measured barrier height of 0.25 eV at the PbSe/Ag interface due to Fermi level pinning. When the Ag/PbI2/PbSe/PbI2/Ag structure is biased and exposed to midwavelength infrared illumination, the electron flow is limited due to high barriers at the interfaces. Therefore, the only hole can flow after charge separation such that the electrical resistance of PbSe film is dramatically reduced. The measured bandgap, work function, and valence band maximum along with measured barrier height for metal contacts should help in providing the understanding of the charge transport mechanism in PbSe photoconductors.

Photoconductive PbSe thin films for infrared imaging

“…The majority of progress in this area has been accomplished using the CBD method, which is also the preferred deposition method for achieving the highest IR responsivity. [72][73][74][75] The CBD process is low-cost, and the setup is straightforward, requiring commonly available chemical lab facilities and equipment. Various precursor chemistries shown in Table 3 are used as sources of lead and selenium.…”

Структура и фотоэлектрические свойства пленок PbSe, осажденных в присутствии аскорбиновой кислоты

“…Тонкопленочный селенид свинца PbSe -базовый полупроводниковый материал с относительно узкой запрещенной зоной (0.27 эВ при 300 K), обладающий термоэлектрическими свойствами, а также фоточувствительностью и люминесценцией в ИК-диапазоне (1−6 мкм), поэтому востребован в оптоэлектронной и сенсорной технике [1][2][3].…”

“…Формирование слоев PbSe осуществляется, как правило, вакуумным испарением [1,[4][5][6][7] и эпитаксиальными методами [8] Однако одним из наиболее перспективных способов считается химическое осаждение из водных сред [3,[9][10][11][12][13]. Этот универсальный метод характеризуется простотой организации, однородностью получаемых тонкопленочных покрытий, управляемостью процесса и возможностью регулирования электрофизическими свойствами.…”

“…Этот универсальный метод характеризуется простотой организации, однородностью получаемых тонкопленочных покрытий, управляемостью процесса и возможностью регулирования электрофизическими свойствами. Известно [3,9,12,13], что использование селеномочевины обеспечивает получение пленок PbSe с более высокими фотоэлектрическими характеристиками по сравнению с другими халькогенизаторами, однако ее особенностью, затрудняющей ее применение, является высокая склонность к окислению в водных растворах. Основным путем решения этой проблемы является введение в раствор селеномочевины антиоксидантов -веществ с высокой восстановительной способностью, в частности сульфита натрия Na 2 SO 3 [9,[11][12][13].…”

“…Для их сенсибилизации в большинстве случаев применяют термообработку, способствующую включению в состав слоя кислородсодержащих фаз [3,12,13,15]. Улучшает функциональные свойства пленок использование также легирующих добавок, в частности иода, соединения которого либо добавляют в реакционную смесь при химическом осаждении [9,12,13], либо термический отжиг селенида свинца проводят в его парах [3]. Учет поведения этой добавки, несомненно, чрезвычайно важен при целенаправленном получении слоев PbSe с высокими фотоэлектрическими характеристиками.…”