Cross‐Substitution Promoted Ultrawide Bandgap up to 4.5 eV in a 2D Semiconductor: Gallium Thiophosphate

材料科学 半导体 响应度 光电探测器 紫外线 带隙 光电子学 单层 直接和间接带隙 纳米技术
作者
Yong Yan,Juehan Yang,Juan Du,Xiaomei Zhang,Yueyang Liu,Congxin Xia,Zhongming Wei
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (22) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/adma.202008761
摘要

Abstract Exploring 2D ultrawide bandgap semiconductors (UWBSs) will be conductive to the development of next‐generation nanodevices, such as deep‐ultraviolet photodetectors, single‐photon emitters, and high‐power flexible electronic devices. However, a gap still remains between the theoretical prediction of novel 2D UWBSs and the experimental realization of the corresponding materials. The cross‐substitution process is an effective way to construct novel semiconductors with the favorable parent characteristics (e.g., structure) and the better physicochemical properties (e.g., bandgap). Herein, a simple case is offered for rational design and syntheses of 2D UWBS GaPS 4 by employing state‐of‐the‐art GeS 2 as a similar structural model. Benefiting from the cosubstitution of Ge with lighter Ga and P, the GaPS 4 crystals exhibit sharply enlarged optical bandgaps (few‐layer: 3.94 eV and monolayer: 4.50 eV) and superior detection performances with high responsivity (4.89 A W −1 ), high detectivity (1.98 × 10 12 Jones), and high quantum efficiency (2.39 × 10 3 %) in the solar‐blind ultraviolet region. Moreover, the GaPS 4 ‐based photodetector exhibits polarization‐sensitive photoresponse with a linear dichroic ratio of 1.85 at 254 nm, benefitting from its in‐plane structural anisotropy. These results provide a pathway for the discovery and fabrication of 2D UWBS anisotropic materials, which become promising candidates for future solar‐blind ultraviolet and polarization‐sensitive sensors.
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