High-Spike Barrier Photodiodes Based on 2D Te/WS2 Heterostructures

光电二极管 异质结 光电子学 材料科学 Spike(软件开发) 纳米技术 计算机科学 软件工程
作者
Huihui Yu,Yunan Wang,Haoran Zeng,Zhihong Cao,Qinghua Zhang,Gao Li,Mengyu Hong,Xiaofu Wei,Yue Zheng,Zheng Zhang,Xiankun Zhang,Yue Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (26): 17100-17110 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c03729
摘要

Two-dimensional (2D) van der Waals (vdWs) heterojunctions have been actively investigated in low-power-consumption and fast-response photodiodes owing to their atomically smooth interfaces and ultrafast interfacial charge transfer. However, achieving ultralow dark current and ultrafast photoresponse in the reported photovoltaic devices remains a challenge as the large built-in electric field in a heterojunction can not only speed up photocarrier transport but also increase the minority-carrier dark current. Here, we propose a high-spike barrier photodiode that can achieve both an ultralow dark current and an ultrafast response. The device is fabricated by the Te/WS2 heterojunction, while the band alignment can transition from type-II to type-I with a high electron barrier and a large hole built-in electronic field. The high electron barrier can greatly reduce the drift current of minority carriers and the generation current of the thermal carriers, while the large built-in electronic field can still speed up the photocarrier transport. The designed Te/WS2 vdWs photodiode yields an ultralow dark current of 8 × 10–14 A and an ultrafast photoresponse of 10/13 μs. Furthermore, a high-performance visible-light imager with a pixel resolution of 100 × 40 is demonstrated using the Te/WS2 vdWs photodiode. This work provides a comprehensive understanding of designing 2D-material-based photovoltaics with excellent overall performance.
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