Enhanced NO2 Sensitivity of Vertically Stacked van der Waals Heterostructure Gas Sensor and Its Remarkable Electric and Mechanical Tunability

材料科学 范德瓦尔斯力 异质结 灵敏度(控制系统) 吸附 光电子学 纳米技术 化学物理 物理 物理化学 分子 量子力学 电子工程 化学 工程类
作者
Ze Cao,Yüe Zhao,Gang Wu,Jiung Cho,Mohamed Abid,Miri Choi,Cormac Ó Coileáin,Kuan‐Ming Hung,Ching‐Ray Chang,Han‐Chun Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (7): 9495-9505 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.3c17194
摘要

Nanodevices based on van der Waals heterostructures have been predicted, and shown, to have unprecedented operational principles and functionalities that hold promise for highly sensitive and selective gas sensors with rapid response times and minimal power consumption. In this study, we fabricated gas sensors based on vertical MoS2/WS2 van der Waals heterostructures and investigated their gas sensing capabilities. Compared with individual MoS2 or WS2 gas sensors, the MoS2/WS2 van der Waals heterostructure gas sensors are shown to have enhanced sensitivity, faster response times, rapid recovery, and a notable selectivity, especially toward NO2. In combination with a theoretical model, we show that it is important to take into account created trapped states (flat bands) induced by the adsorption of gas molecules, which capture charges and alter the inherent built-in potential of van der Waals heterostructure gas sensors. Additionally, we note that the performance of these MoS2/WS2 heterostructure gas sensors could be further enhanced using electrical gating and mechanical strain. Our findings highlight the importance of understanding the effects of altered built-in potentials arising from gas molecule adsorption induced flat bands, thus offering a way to enhance the gas sensing performance of van der Waals heterostructure gas sensors.
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