van der Waals ZnO/HfSn2N4 Heterojunction with Exceptional Photoresponse for Photodetectors

材料科学 光电探测器 异质结 范德瓦尔斯力 光电子学 物理 分子 量子力学
作者
Yang Shen,Xiaoyu Zhao,Zhen Cui,Ke Qin,Deming Ma,Fengjiao Cheng,Pei Yuan,Xiang Qi,Enling Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (43): 58802-58810 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsami.4c10486
摘要

Two-dimensional van der Waals heterojunctions represent a promising avenue for a spectrum of optoelectronic endeavors. Nonetheless, their deployment has been somewhat constrained by the suboptimal efficiency of the photocurrent generated. In this article, a ZnO/HfSn2N4 heterojunction is proposed to achieve high photoresponse efficiency. First-principles calculations are utilized to confirm that this heterojunction possesses thermal stability with a direct bandgap (1.36 eV). It exhibits a high light absorption coefficient and high carrier mobility (2.51 × 103 cm2 V–1 s–1), and biaxial strain has a significant effect on the modulation of the band structure. As the tensile strain increases, the bandgap changes nonlinearly, transitioning from a type-II to a type-I heterojunction. When compressive strain increases, the bandgap decreases. Quantum transport simulations are employed to calculate the density of states and transmission spectrum of the ZnO/HfSn2N4 model, verifying its excellent photoresponse (a photocurrent peak reaching 4.93 a02/photon and an extinction ratio peak of 75.1). It shows that the ZnO/HfSn2N4 heterojunction is a potentially efficient photodetector.
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