Enhanced diode performance in cadmium telluride–silicon nanowire heterostructures

 
Abstract
We report on the structural and optoelectronic characteristics and photodetection 
properties of cadmium telluride (CdTe) thin film/silicon (Si) nanowire heterojunction diodes. 
A simple and cost-effective metal-assisted etching (MAE) method is applied to fabricate 
vertically oriented Si nanowires on n-type single crystalline Si wafer. Following the nanowire 
synthesis, CdTe thin films are directly deposited onto the Si nanowire arrays through RF 
magnetron sputtering. A comparative study of X-ray diffraction (XRD) and Raman 
spectroscopy shows the improved crystallinity of the CdTe thin films deposited onto the Si 
nanowires. The fabricated nanowire based heterojunction devices exhibit remarkable diode 
characteristics, enhanced optoelectronic properties and photosensitivity in comparison to the 
planar reference device. The electrical measurements revealed that the diodes have a well-

---

2 
defined rectifying behavior with a superior rectification ratio of 10

5
at 

5 V and a relatively 
small ideality factor of n = 1.9 with lower reverse leakage current and series resistance at 
room temperature in dark condition. Moreover, an open circuit voltage of 120 mV is also 
observed under illumination. Based on spectral photoresponsivity measurements, the 
nanowire based device exhibits a distinct responsivity (0.35 

0.5 A W
−1
) and high detectivity 
(6 x 10
12

9 x 10
12 
cm Hz
1/2
W
−1
) in near-infrared wavelength region. The enhanced device 
performance and photosensitivity is believed to be due to three-dimensional nature of the 
interface between the CdTe thin film and the Si nanowires. The device characteristics 
observed here reveals that fabricated CdTe thin film/Si nanowire heterojunctions are 
promising for high-performance and low-cost optoelectronic device applications, near-
infrared photodedectors in particular.
Keywords: A. heterojunctions, A. nanostructured materials, A. semiconductors, B. 
nanofabrications 
*
Corresponding authors
: [e-mail], Tel: [phone], Fax: [phone] 
[e-mail], Tel: [phone], Fax: [phone]