Cross‐Substitution Promoted Ultrawide Bandgap up to 4.5 eV in a 2D Semiconductor: Gallium Thiophosphate

材料科学 半导体 响应度 光电探测器 紫外线 带隙 光电子学 单层 直接和间接带隙 纳米技术
作者
Yong Yan,Juehan Yang,Juan Du,Xiaomei Zhang,Yue‐Yang Liu,Congxin Xia,Zhongming Wei
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (22): e2008761-e2008761 被引量:86
标识
DOI:10.1002/adma.202008761
摘要

Exploring 2D ultrawide bandgap semiconductors (UWBSs) will be conductive to the development of next-generation nanodevices, such as deep-ultraviolet photodetectors, single-photon emitters, and high-power flexible electronic devices. However, a gap still remains between the theoretical prediction of novel 2D UWBSs and the experimental realization of the corresponding materials. The cross-substitution process is an effective way to construct novel semiconductors with the favorable parent characteristics (e.g., structure) and the better physicochemical properties (e.g., bandgap). Herein, a simple case is offered for rational design and syntheses of 2D UWBS GaPS4 by employing state-of-the-art GeS2 as a similar structural model. Benefiting from the cosubstitution of Ge with lighter Ga and P, the GaPS4 crystals exhibit sharply enlarged optical bandgaps (few-layer: 3.94 eV and monolayer: 4.50 eV) and superior detection performances with high responsivity (4.89 A W-1 ), high detectivity (1.98 × 1012 Jones), and high quantum efficiency (2.39 × 103 %) in the solar-blind ultraviolet region. Moreover, the GaPS4 -based photodetector exhibits polarization-sensitive photoresponse with a linear dichroic ratio of 1.85 at 254 nm, benefitting from its in-plane structural anisotropy. These results provide a pathway for the discovery and fabrication of 2D UWBS anisotropic materials, which become promising candidates for future solar-blind ultraviolet and polarization-sensitive sensors.
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