Synergistic‐engineered van der Waals photodiodes with high efficiency

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作者
Baishan Liu,Xiankun Zhang,Junli Du,Jiankun Xiao,Huihui Yu,Mengyu Hong,Gao Li,Yang Ou,Zhuo Kang,Qingliang Liao,Zheng Zhang,Yue Zhang
出处
期刊:InfoMat [Wiley]
卷期号:4 (3) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/inf2.12282
摘要

Abstract Van der Waals (vdW) heterostructures based on two‐dimensional transition‐metal dichalcogenides have provided unprecedented opportunities for photovoltaic detectors owing to their strong light‐matter interaction and ultrafast interfacial charge transfer. Despite continued advancement, insufficient control of photocarrier behaviors still limits the external quantum efficiency (EQE) and operation speed of such detectors. Here, we propose a synergistic strategy of contact‐configuration design and thickness‐modulation to construct high‐performance vdW photodiodes based on the typical type II heterostructure (MoS 2 /WSe 2 ). Through integrating three contact architectures into one device to exclude other factors, we solid the superiority of designed 1L‐MoS 2 /WSe 2 /graphene heterostructures incorporating efficient photocarrier collection and gate modulation. Together with leveraging the layer‐number‐dependent properties of WSe 2 , we observe the critical thickness of WSe 2 (11 layers) for the highest EQE, which verifies the thickness‐dependent competition between photocarrier generation, dissociation, and collection. Finally, we demonstrate the synergistic‐engineered vdW heterostructure can trigger record‐high EQE (61%) and manifest ultrafast photoresponse (4.1 μs) at the atomically thin limit (8 nm). The proposed strategy enables architecture‐design and thickness‐engineering to unlock the potential to realize high‐performance optoelectronic devices.

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