Enhancing Optoelectronic Performance of MoTe2/MoS2 van der Waals Heterostructure Photodiode by Air Annealing

光电二极管 异质结 退火(玻璃) 光电子学 材料科学 范德瓦尔斯力 化学 复合材料 分子 有机化学
作者
Zhifei Qiu,Jiaxin Liao,Yuhan Zhang,Zheng Liu,Zhangting Wu,Hui Zheng,Liang Zheng,Yang Zhang
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (17): 8170-8179 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsaelm.5c01225
摘要

Two-dimensional van der Waals heterostructures of transition-metal dichalcogenides (TMDCs) are of significant interest for nano- and optoelectronic applications including photodetection. While MoTe2/MoS2 heterojunction photodetectors have been demonstrated, their performance─particularly responsivity and response time─remains limited. To address this, we fabricated a semivertical MoTe2/MoS2 heterostructure photodiode. Air annealing at 200 °C induces p-type doping in MoTe2 via oxidation, converting the junction from the n-n to p-n type and enhancing the built-in electric field for efficient carrier separation. Concurrently, annealing reduces the metal–semiconductor Schottky barrier, lowering contact resistance. These modifications significantly improve the photoresponse across visible to near-infrared wavelengths. The optimized device exhibits exceptional characteristics: a low dark current (2.6 × 10–11 A), a high switching ratio (∼1 × 104), and fast rise/fall times (51/67 μs at 0 V; 8.20/8.21 μs at 1 V). Under 1064 nm illumination in photovoltaic mode, it achieves a specific detectivity near 2.2 × 1011 Jones, a responsivity of 0.19 A/W, and an EQE of 22%. This work systematically demonstrates air annealing as an effective strategy for enhancing MoTe2/MoS2 photodiodes, facilitating their development for large-scale integration.
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