Work function dependent photogenerated carrier dynamics of defective transition metal dichalcogenide heterostructures

硫族元素 异质结 材料科学 工作职能 离域电子 载流子 单层 化学物理 半导体 空位缺陷 钝化 凝聚态物理 光电子学 纳米技术 化学 结晶学 物理 有机化学 图层(电子)
作者
Tingbo Zhang,Yehui Zhang,Xianghong Niu,Qian Chen,Jinlan Wang
出处
期刊:Physical review 卷期号:108 (16) 被引量:6
标识
DOI:10.1103/physrevb.108.165428
摘要

Vacancies are commonly introduced in the preparation of transition metal dichalcogenide (TMD) heterostructures, severely affecting photogenerated carrier dynamics. Herein, we systematically explore the carrier dynamics of TMD heterostructures (metal: Mo, W; chalcogen: S, Se, Te) with the most common chalcogen vacancies by nonadiabatic molecular dynamics simulations. For TMD monolayers, a chalcogen vacancy induces defect states around the conduction band minimum forming a recombination center, while in heterostructures, locations of defect states in different sublayers exhibit clear work function dependence. Specifically, the defect states of a sublayer with a high work function are pushed down and act as photogenerated carrier recombination centers, while those of a sublayer with a low work function are pushed up and defect tolerant. This is because the delocalized charge distribution weakens the overlap of photogenerated electrons and holes. This indicates that repairing the defects of sublayers with a high work function can eliminate the adverse effect of vacancies. As a further demonstration, oxygen passivation is employed to repair the defects of sublayers with a high work function, which fully recovers the 10 ns scale of the photogenerated carrier lifetime. In this paper, we provide an in-depth understanding of defective carrier dynamics and guidelines for high-performance TMD heterostructure photoelectric devices.
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