Ultrahigh Photoresponsivity Enabled by Carrier Multiplication in a Self-Powered Solar-Blind Photodetector Based on the WS2/Graphene Heterostructure

光电探测器 异质结 石墨烯 光电子学 材料科学 乘法(音乐) 纳米技术 物理 声学
作者
Rongjian Ma,Hang Ren,Chuxin Yan,Yuanzheng Li,Jixiu Li,Wei Xin,Weizhen Liu,Xingang Zhao,Lin Yang,Shengnan Feng,Haiyang Xu,Yichun Liu,Xinfeng Liu
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:11 (12): 5339-5349 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.4c01616
摘要

The development of high-performance, low-power solar-blind photodetectors (SBPDs) holds significant promise for both military and civilian applications. Compared with wide-bandgap semiconductors, two-dimensional (2D) materials exhibit advantageous characteristics in the threshold and efficiency of carrier multiplication (CM) due to enhanced Coulomb interaction and relaxed momentum conservation. This allows one incident high-energy photon to generate two or more electron–hole pairs effectively, positioning them as viable alternatives for the fabrication of high-performance self-powered SBPDs. Here, we have designed a vertically aligned 2D WS2/graphene photodetector with Au as the contact electrodes, forming a unilateral Schottky junction to facilitate the efficient transfer of high-energy electrons generated in the WS2 to the graphene without thermal relaxation. This enables efficient CM within graphene, resulting in an ultrahigh responsivity of 77 mA/W and an external quantum efficiency of 36% at 265 nm light with zero bias. This work offers invaluable insights into the development of next-generation SBPDs with high performance and low power consumption.
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