Charge transport and extrinsic absorption of two-dimensional defect-rich ZnIn2S4 semiconductor for below-bandgap photodetection

光探测 半导体 带隙 光电子学 响应度 材料科学 吸收(声学) 光电导性 光电流 载流子 光电效应 激发 三元运算 光电探测器 物理 复合材料 量子力学 程序设计语言 计算机科学
作者
Rui Wang,Wen‐Zhu Shao,Yue Liu,Bo Xu,Zhao‐Yuan Sun,Hui Li,Changjin Zhang,Cheng‐Yan Xu,Yang Li,Liang Zhen
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:124 (18) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0199440
摘要

As a rediscovered ternary two-dimensional (2D) material, defect-rich Znln2S4 has great potential for energy-harvesting applications. However, the effect of defects on its physical properties and device performance remains elusive. Herein, we explored the influence of defects (S vacancies and In–Zn substitutions) in few-layer Znln2S4 on the charge transport and photoelectric performance. It is demonstrated that the defect-rich Znln2S4 device exhibits two-dimensional variable range hopping transport mechanism, with uniform charge transport along the channel and low contact resistance at the electrical contacts of Znln2S4/Au. Importantly, due to the contribution of the donor and acceptor energy levels inside the bandgap, the flake exhibits pronounced extrinsic absorption, leading to the competitive photodetector performance under sub-bandgap photo-excitation. Explicitly, the device exhibits a maximum responsivity of 4.08 × 104 A W−1, a photo-gain of >108 electrons per photon, and a specific detectivity of ∼1015 Jones under 532 nm laser excitation, with detection wavelength extending from 400 to 980 nm. Our findings underscore the significant potential of defect-engineering to enrich the functionalities of 2D semiconductors.
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