van der Waals Integrated Single-Crystal Tin Perovskite Transistors Toward Ultrasensitive Photodetection

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作者
Tianyu Wang,Baini Li,Ming Xia,Shujun Zhang,Hongzhi Shen,Zhongpu Wang,Xin Sheng,Yao Gao,Enzheng Shi
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (45): 39129-39138 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c11896
摘要

Two-dimensional (2D) tin halide perovskites have emerged as promising lead-free semiconductors with strong optical absorption and high carrier mobility. While polycrystalline films have achieved impressive device performance, their intrinsic charge transport and exciton dynamics remain obscured by grain-boundary-associated defects, limiting the fundamental understanding of material properties and optimization of device performance. Herein, by using bulky π-conjugated 4Tm+ cations, we synthesized 2D (4Tm)2SnI4 single crystals and assembled their van der Waals field effect transistors, exhibiting high hole mobility up to 5.1 cm2 V-1 s-1 at room temperature, more than two times higher than that of polycrystalline counterparts. The efficient charge transport in single crystals allows the phonon-scattering-dominated process to persist at lower temperatures, leading to an increase in mobility to 10.3 cm2 V-1 s-1 at 120 K. Also, the single-crystal nature ensures high responsivity/specific detectivity of 1.6 × 106 A W-1/4.2 × 1016 Jones under 550 nm illumination, ranking among the best Pb and Sn perovskite photodetectors. Crucially, the transistor modulation allows the gate-voltage tunable contrast in imaging for usage as pixel-active image sensors. This work uses single-crystal 2D tin perovskites as a platform for probing intrinsic electronic/optoelectronic properties while showcasing their potential in current modulation, highly sensitive photodetection, and scalable imaging systems.
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