Improved detectivity and response speed of MoS2 phototransistors based on the negative-capacitance effect and defect engineering

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作者
Wei-Chao Jiang,Lu Liu,Jun Xu
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:30 (26): 46070-46070 被引量:1
标识
DOI:10.1364/oe.475102
摘要

Due to the unique crystal structure, outstanding optoelectronic properties and a tunable band gap from 1.2-1.8 eV, two-dimensional molybdenum disulfide (MoS2) has attracted extensive attention as a promising candidate for future photodetectors. In this work, a negative-capacitance (NC) MoS2 phototransistor is fabricated by using Hf0.5Zr0.5O2 (HZO) as ferroelectric layer and Al2O3 as matching layer, and a low subthreshold swing (SS) of 39 mV/dec and an ultrahigh detectivity of 3.736×1014 cmHz1/2W-1 are achieved at room temperature due to the NC effect of the ferroelectric HZO. Moreover, after sulfur (S) treatment on MoS2, the transistor obtained a lower SS of 33 mV/dec, a detectivity of 1.329×1014 cmHz1/2W-1 and specially a faster response time of 3-4 ms at room temperature, attributed to the modulation of photogating effect induced by S-vacancy passivation in MoS2 by the S treatment. Therefore, the combination of the defect engineering on MoS2 and the NC effect from ferroelectric thin film could provide an effective solution for high-sensitivity phototransistors based on two-dimensional materials in the future.
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