WS2/Graphene/MoS2 Sandwich van der Waals Heterojunction for Fast-Response Photodetectors

光电探测器 材料科学 响应度 光电子学 石墨烯 异质结 量子效率 电子迁移率 光电效应 范德瓦尔斯力 偏压 响应时间 剥脱关节 暗电流 电压 纳米技术 计算机科学 电气工程 物理 计算机图形学(图像) 量子力学 工程类 分子
作者
Yongzhi Zhang,Xunjun He
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (1): 1826-1833 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsami.4c13818
摘要

Fast-response photodetectors have attracted considerable attention in the application of high-speed communication, real-time monitoring, and optical imaging systems. However, most reported photodetectors suffer from limitations of the inherent properties of materials, low carrier transport efficiency, and unmatched interfaces, which lead to a low response speed. Here, we report a WS 2 /graphene/MoS 2 vertical van der Waals heterojunction fabricated by mechanical exfoliation and dry transfer methods for fast response. To improve the response speed of the previously reported WS 2 /MoS 2 heterojunction with excellent photoelectric performances, the embedded graphene is employed to optimize the interface defects and improve the carrier transport efficiency due to its high mobility and smooth and flat surface. Under the illuminations of a 405 nm laser and a bias voltage of 0.5 V, our device can realize rise and fall times of 44 and 52 μs, respectively. For a bias voltage of 2.5 V, moreover, the device can also show outstanding performances including a high responsivity of 220 A/W, a considerable detectivity of 1.2 × 10 13 Jones, a large external quantum efficiency of 6.7 × 10 4 %, and a low dark current of 1.05 × 10 –13 A. Additionally, the device enables high-speed transmission with a low bit error rate in a closed-loop optical communication system. Therefore, the proposed scheme can provide an idea for the design of photodetectors with fast response and high performance.
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