Broad‐Spectrum Photodetection with High Sensitivity Via Avalanche Multiplication in WSe2

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作者
Haeju Choi,Seunghyuk Choi,Taeho Kang,Hyeonje Son,Chanwoo Kang,E. H. Hwang,Sungjoo Lee
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:10 (22) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adom.202201196
摘要

Abstract High‐sensitivity broad‐spectrum photodetectors with detection capabilities ranging from ultraviolet to infrared have attracted significant attention for their application as photodetectors. They can be used as a receiver for all applications in optical communication for covering a wide spectral range with a single photodetector, which can significantly lower the overall system cost. In this study, by constructing an avalanche photodetector (APD) fabricated with 2D WSe 2 , a high photoresponsivity of over 10 7 A W −1 for a broad spectrum of 405–1310 nm is achieved under an electric field higher than the critical field for the avalanche multiplication of 35 kV cm −1 , overcoming the limitation of the detectable wavelength induced by the energy bandgap of the material. The benchmark in terms of the photocurrent‐to‐dark current ratio and responsivity over a wide wavelength range demonstrates that the fabricated WSe 2 APD outperforms the reported 2D layered material‐based APDs and reported WSe 2 photodetectors. The obtained results can be attributed to the high‐gain mechanism via avalanche multiplication and phonon‐assisted photogeneration in WSe 2 , enabling efficient photodetection beyond sub‐bandgap wavelengths. This result provides a promising general approach for developing a single photodetector that can cover a broad spectral range with a high sensitivity for future optical communication.
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