Polarity-Tunable Photocurrent through Band Alignment Engineering in a High-Speed WSe2/SnSe2 Diode with Large Negative Responsivity

响应度 光电流 光电子学 材料科学 异质结 光探测 量子隧道 光子学 光电探测器
作者
Sayantan Ghosh,Abin Varghese,Himani Jawa,Yuefeng Yin,Nikhil V. Medhekar,Saurabh Lodha
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (3): 4578-4587 被引量:61
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c11110
摘要

Excellent light-matter interaction and a wide range of thickness-tunable bandgaps in layered vdW materials coupled by the facile fabrication of heterostructures have enabled several avenues for optoelectronic applications. Realization of high photoresponsivity at fast switching speeds is a critical challenge for 2D optoelectronics to enable high-performance photodetection for optical communication. Moving away from conventional type-II heterostructure pn junctions towards a WSe2/SnSe2 type-III configuration, we leverage the steep change in tunneling current along with a light-induced heterointerface band shift to achieve high negative photoresponsivity, while the fast carrier transport under tunneling results in high speed. In addition, the photocurrent can be controllably switched from positive to negative values, with ∼104× enhancement in responsivity, by engineering the band alignment from type-II to type-III using either the drain or the gate bias. This is further reinforced by electric-field dependent interlayer band structure calculations using density functional theory. The high negative responsivity of 2 × 104 A/W and fast response time of ∼1 μs coupled with a polarity-tunable photocurrent can lead to the development of next-generation multifunctional optoelectronic devices.
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