Hysteresis-free Ga2O3 solar-blind phototransistor modulated from photoconduction to photogating effect

响应度 光电子学 光电探测器 光电流 材料科学 光电导性 暗电流 光电二极管 磁滞 场效应晶体管 半导体 场效应 电压 晶体管 物理 凝聚态物理 量子力学
作者
Pengju Tan,Yanni Zou,Xiaolong Zhao,Xiaohu Hou,Zhongfang Zhang,Mengfan Ding,Shunjie Yu,Xiaolan Ma,Guangwei Xu,Qin Hu,Shibing Long
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:120 (7) 被引量:26
标识
DOI:10.1063/5.0078904
摘要

High tunability of photoresponse characteristics under work conditions is desired for a single solar-blind photodetector to be applied in multifarious fields. Three-terminal metal–oxide–semiconductor field-effect phototransistors have shown excellent controllability of performance, but the hysteresis issue impedes their stable operation. In this work, the metal–semiconductor field-effect phototransistor based on the exfoliated Ga2O3 microflake and graphene thin film is demonstrated. The high-quality quasi-van der Waals interface between Ga2O3 and graphene eliminates the hysteresis issue and generates a subthreshold swing as low as 69.4 mV/dec. By regulating gate voltage (Vg), the dominated mechanism of photocurrent generation in the device can be tuned continuously from the fast photoconduction effect to photogating effect with high photogain. Accordingly, the responsivity, dark current, detectivity, rejection ratio, and decay time of the device can be well adjusted by the Vg. At Vg = −1 V and a source to drain voltage of 2 V, the device shows excellent performance with a responsivity of 2.82 × 103 A/W, a rejection ratio of 5.88 × 105, and a detectivity of 2.67 × 1015 Jones under 254 nm illumination. This work shows the possibility of realizing highly tunable solar-blind photodetectors to meet the requirements for different application fields by introducing gate voltage modulation.
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