Abstract

High-sensitivity and visible-blind ultraviolet (UV) photoconductive detectors based on SrTiO3 single crystal with interdigitated electrodes are reported. The responsivities of photovoltage and photocurrent can reach 2.13×105VW and 213mAW, respectively, at 330nm at ambient temperature, and the corresponding quantum efficiency η reaches 80.2%. The dark current is lower than 50pA at 10V bias, and the UV/visible contrast ratio is about four orders of magnitude with a sharp cutoff at 390nm. The experimental results demonstrate that SrTiO3 single crystal has potentially wide applications in UV detection.

© 2007 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |

  1. S. Jin, T. H. Tiefel, M. McCormack, R. A. Fastnacht, R. Ramesh, and L. H. Chen, Science 264, 413 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. D. Roy and S. B. Krupanidhi, Appl. Phys. Lett. 61, 2057 (1992).
    [CrossRef]
  3. K.-J. Jin, H.-B. Lu, Q.-L. Zhou, K. Zhao, B.-L. Cheng, Z.-H. Chen, Y.-L. Zhou, and G.-Z. Yang, Phys. Rev. B 71, 184428 (2005).
    [CrossRef]
  4. H. B. Lu, S. Y. Dai, Z. H. Chen, Y. L. Zhou, B. L. Cheng, K. J. Jin, L. F. Liu, G. Z. Yang, and X. L. Ma, Appl. Phys. Lett. 86, 032502 (2005).
    [CrossRef]
  5. H. B. Lu, K. J. Jin, Y. H. Huang, M. He, K. Zhao, B. L. Cheng, Z. H. Chen, Y. L. Zhou, S. Y. Dai, and G. Z. Yang, Appl. Phys. Lett. 86, 241915 (2005).
    [CrossRef]
  6. K. Zhao, K. J. Jin, Y. H. Huang, S. Q. Zhao, H. B. Hui, M. He, Z. H. Chen, Y. L. Zhou, and G. Z. Yang, Appl. Phys. Lett. 89, 173507 (2006).
    [CrossRef]
  7. K. Zhao, Y. H. Huang, Q. L. Zhou, K. J. Jin, H. B. Lu, M. He, B. L. Cheng, Y. L. Zhou, Z. H. Chen, and G. Z. Yang, Appl. Phys. Lett. 86, 221917 (2005).
    [CrossRef]
  8. M. Razeghi and A. Rogalski, J. Appl. Phys. 79, 7433 (1996).
    [CrossRef]
  9. M. Mikulics, M. Marso, P. Javorka, P. Kordos, H. Luth, M. Kocan, A. Rizzi, S. Wu, and R. Sobolewski, Appl. Phys. Lett. 86, 211110 (2005).
    [CrossRef]
  10. G. Cesare, F. Irrera, F. Palma, M. Tucci, E. Jannitti, G. Naletto, and P. Nicolosi, Appl. Phys. Lett. 67, 335 (1995).
    [CrossRef]
  11. I.-S. Jeong, J. H. Kim, and S. Im, Appl. Phys. Lett. 83, 2946 (2003).
    [CrossRef]
  12. A. Balducci, M. Marinelli, E. Milani, M. E. Morgada, A. Tucciarone, and G. Verona-Rinati, Appl. Phys. Lett. 86, 193509 (2005).
    [CrossRef]
  13. H. Yasunaga and I. Nakada, J. Phys. Soc. Jpn. 22, 338 (1967).
    [CrossRef]
  14. H. Yasunaga, J. Phys. Soc. Jpn. 24, 1035 (1968).
    [CrossRef]
  15. J. W. Yoon and M. Miyayama, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 894 (1999).
    [CrossRef]
  16. H. Katsu, H. Tanaka, and T. Kawai, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2657 (2000).
    [CrossRef]
  17. T. Palacios, E. Monroy, F. Calle, and F. Omnes, Appl. Phys. Lett. 81, 1902 (2002).
    [CrossRef]
  18. J. J. Yu and I. W. Boyd, Diamond Relat. Mater. 16, 494 (2007).
    [CrossRef]
  19. O. M. Nayfeh, S. Rao, A. Smith, J. Therrien, and M. H. Nayfeh, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 1927 (2004).
    [CrossRef]
  20. S. Butun, T. Tut, B. Butun, M. Gokkavas, H. Yu, and E. Ozbay, Appl. Phys. Lett. 88, 123503 (2006).
    [CrossRef]
  21. G. Ariyawansa, M. B. M. Rinzan, M. Alevli, M. Strassburg, N. Dietz, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, A. Asghar, I. T. Ferguson, H. Luo, A. Bezinger, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 89, 091113 (2006).
    [CrossRef]

2007 (1)

J. J. Yu and I. W. Boyd, Diamond Relat. Mater. 16, 494 (2007).
[CrossRef]

2006 (3)

K. Zhao, K. J. Jin, Y. H. Huang, S. Q. Zhao, H. B. Hui, M. He, Z. H. Chen, Y. L. Zhou, and G. Z. Yang, Appl. Phys. Lett. 89, 173507 (2006).
[CrossRef]

S. Butun, T. Tut, B. Butun, M. Gokkavas, H. Yu, and E. Ozbay, Appl. Phys. Lett. 88, 123503 (2006).
[CrossRef]

G. Ariyawansa, M. B. M. Rinzan, M. Alevli, M. Strassburg, N. Dietz, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, A. Asghar, I. T. Ferguson, H. Luo, A. Bezinger, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 89, 091113 (2006).
[CrossRef]

2005 (6)

K. Zhao, Y. H. Huang, Q. L. Zhou, K. J. Jin, H. B. Lu, M. He, B. L. Cheng, Y. L. Zhou, Z. H. Chen, and G. Z. Yang, Appl. Phys. Lett. 86, 221917 (2005).
[CrossRef]

M. Mikulics, M. Marso, P. Javorka, P. Kordos, H. Luth, M. Kocan, A. Rizzi, S. Wu, and R. Sobolewski, Appl. Phys. Lett. 86, 211110 (2005).
[CrossRef]

K.-J. Jin, H.-B. Lu, Q.-L. Zhou, K. Zhao, B.-L. Cheng, Z.-H. Chen, Y.-L. Zhou, and G.-Z. Yang, Phys. Rev. B 71, 184428 (2005).
[CrossRef]

H. B. Lu, S. Y. Dai, Z. H. Chen, Y. L. Zhou, B. L. Cheng, K. J. Jin, L. F. Liu, G. Z. Yang, and X. L. Ma, Appl. Phys. Lett. 86, 032502 (2005).
[CrossRef]

H. B. Lu, K. J. Jin, Y. H. Huang, M. He, K. Zhao, B. L. Cheng, Z. H. Chen, Y. L. Zhou, S. Y. Dai, and G. Z. Yang, Appl. Phys. Lett. 86, 241915 (2005).
[CrossRef]

A. Balducci, M. Marinelli, E. Milani, M. E. Morgada, A. Tucciarone, and G. Verona-Rinati, Appl. Phys. Lett. 86, 193509 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

O. M. Nayfeh, S. Rao, A. Smith, J. Therrien, and M. H. Nayfeh, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 1927 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

I.-S. Jeong, J. H. Kim, and S. Im, Appl. Phys. Lett. 83, 2946 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

T. Palacios, E. Monroy, F. Calle, and F. Omnes, Appl. Phys. Lett. 81, 1902 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

H. Katsu, H. Tanaka, and T. Kawai, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2657 (2000).
[CrossRef]

1999 (1)

J. W. Yoon and M. Miyayama, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 894 (1999).
[CrossRef]

1996 (1)

M. Razeghi and A. Rogalski, J. Appl. Phys. 79, 7433 (1996).
[CrossRef]

1995 (1)

G. Cesare, F. Irrera, F. Palma, M. Tucci, E. Jannitti, G. Naletto, and P. Nicolosi, Appl. Phys. Lett. 67, 335 (1995).
[CrossRef]

1994 (1)

S. Jin, T. H. Tiefel, M. McCormack, R. A. Fastnacht, R. Ramesh, and L. H. Chen, Science 264, 413 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

1992 (1)

D. Roy and S. B. Krupanidhi, Appl. Phys. Lett. 61, 2057 (1992).
[CrossRef]

1968 (1)

H. Yasunaga, J. Phys. Soc. Jpn. 24, 1035 (1968).
[CrossRef]

1967 (1)

H. Yasunaga and I. Nakada, J. Phys. Soc. Jpn. 22, 338 (1967).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (12)

M. Mikulics, M. Marso, P. Javorka, P. Kordos, H. Luth, M. Kocan, A. Rizzi, S. Wu, and R. Sobolewski, Appl. Phys. Lett. 86, 211110 (2005).
[CrossRef]

G. Cesare, F. Irrera, F. Palma, M. Tucci, E. Jannitti, G. Naletto, and P. Nicolosi, Appl. Phys. Lett. 67, 335 (1995).
[CrossRef]

I.-S. Jeong, J. H. Kim, and S. Im, Appl. Phys. Lett. 83, 2946 (2003).
[CrossRef]

A. Balducci, M. Marinelli, E. Milani, M. E. Morgada, A. Tucciarone, and G. Verona-Rinati, Appl. Phys. Lett. 86, 193509 (2005).
[CrossRef]

H. B. Lu, S. Y. Dai, Z. H. Chen, Y. L. Zhou, B. L. Cheng, K. J. Jin, L. F. Liu, G. Z. Yang, and X. L. Ma, Appl. Phys. Lett. 86, 032502 (2005).
[CrossRef]

H. B. Lu, K. J. Jin, Y. H. Huang, M. He, K. Zhao, B. L. Cheng, Z. H. Chen, Y. L. Zhou, S. Y. Dai, and G. Z. Yang, Appl. Phys. Lett. 86, 241915 (2005).
[CrossRef]

K. Zhao, K. J. Jin, Y. H. Huang, S. Q. Zhao, H. B. Hui, M. He, Z. H. Chen, Y. L. Zhou, and G. Z. Yang, Appl. Phys. Lett. 89, 173507 (2006).
[CrossRef]

K. Zhao, Y. H. Huang, Q. L. Zhou, K. J. Jin, H. B. Lu, M. He, B. L. Cheng, Y. L. Zhou, Z. H. Chen, and G. Z. Yang, Appl. Phys. Lett. 86, 221917 (2005).
[CrossRef]

D. Roy and S. B. Krupanidhi, Appl. Phys. Lett. 61, 2057 (1992).
[CrossRef]

T. Palacios, E. Monroy, F. Calle, and F. Omnes, Appl. Phys. Lett. 81, 1902 (2002).
[CrossRef]

S. Butun, T. Tut, B. Butun, M. Gokkavas, H. Yu, and E. Ozbay, Appl. Phys. Lett. 88, 123503 (2006).
[CrossRef]

G. Ariyawansa, M. B. M. Rinzan, M. Alevli, M. Strassburg, N. Dietz, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, A. Asghar, I. T. Ferguson, H. Luo, A. Bezinger, and H. C. Liu, Appl. Phys. Lett. 89, 091113 (2006).
[CrossRef]

Diamond Relat. Mater. (1)

J. J. Yu and I. W. Boyd, Diamond Relat. Mater. 16, 494 (2007).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (1)

O. M. Nayfeh, S. Rao, A. Smith, J. Therrien, and M. H. Nayfeh, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 1927 (2004).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

M. Razeghi and A. Rogalski, J. Appl. Phys. 79, 7433 (1996).
[CrossRef]

J. Phys. Soc. Jpn. (2)

H. Yasunaga and I. Nakada, J. Phys. Soc. Jpn. 22, 338 (1967).
[CrossRef]

H. Yasunaga, J. Phys. Soc. Jpn. 24, 1035 (1968).
[CrossRef]

Jpn. J. Appl. Phys. (2)

J. W. Yoon and M. Miyayama, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 894 (1999).
[CrossRef]

H. Katsu, H. Tanaka, and T. Kawai, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 2657 (2000).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (1)

K.-J. Jin, H.-B. Lu, Q.-L. Zhou, K. Zhao, B.-L. Cheng, Z.-H. Chen, Y.-L. Zhou, and G.-Z. Yang, Phys. Rev. B 71, 184428 (2005).
[CrossRef]

Science (1)

S. Jin, T. H. Tiefel, M. McCormack, R. A. Fastnacht, R. Ramesh, and L. H. Chen, Science 264, 413 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Steady UV response of STO detector with w = s = 10 μ m under irradiation with an Hg lamp at a bias of 4 V . The top and bottom insets show the schematic diagrams of the interdigitated electrode configuration and the measurement system, respectively.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Bias dependence of the photocurrent for different electrode geometries. (b) Variation of photovoltage as a function of the width of finger and spacing for different biases.

Fig. 3
Fig. 3

Photocurrent variation with the optical power density and the spectral response (inset) of the STO detector with 10 μ m finger width at 10 V bias.

Fig. 4
Fig. 4

Transient photovoltage of the STO detector with 20 μ m finger width at 10 V bias under irradiation with a 25 ps laser pulse.

Metrics