Hot Electron Engineering in Layered Heterojunctions for Efficient Infrared Detection

异质结 红外线的 材料科学 光电子学 热电子 电子 纳米技术 工程物理 光学 物理 量子力学
作者
Pushkar Dasika,Patrick Hays,Suchithra Puliyassery,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Sefaattin Tongay,Kausik Majumdar
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (14): 13752-13759 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c14983
摘要

Although infrared detection is of high technological and strategic importance, the narrow-bandgap materials used for infrared detection often suffer from poor air stability and pose environmental hazards. Hot electron-based detectors avoid such issues by using conventional wide bandgap semiconductors and exploiting intraband transition. However, hot electron infrared detectors usually suffer from poor quantum efficiency. By photoexciting MoS2 conduction electrons over a thin barrier layer, here we show that a reversal of the role of the emitter and collector results in a >1000-fold enhancement in the photoresponse compared with a conventional metal/2D semiconductor Schottky diode. We reveal that electron-electron scattering plays a key role in the device performance, which can be effectively tuned by a gate voltage. The photodetector exhibits a nearly flat response up to a measurement wavelength of 1800 nm with a responsivity of 42 mA/W (@1550 nm) at room temperature. We demonstrate an operating frequency of 30 kHz @1550 nm excitation (100 kHz @633 nm). The detector chip is integrated with post-processing electronics in a printed circuit board, making it readily useable for system-level applications─a demonstration of heterogeneous integration of 2D materials with conventional electronics.
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