Type-II Bi2O2Se/MoTe2 van der Waals Heterostructure Photodetectors with High Gate-Modulation Photovoltaic Performance

材料科学 比探测率 异质结 光电子学 响应度 暗电流 光电探测器 范德瓦尔斯力 堆积 夜视 化学气相沉积 光学 物理 核磁共振 量子力学 分子
作者
Zhiying Dan,Baoxiang Yang,Qiqi Song,Jianru Chen,Hengyi Li,Wei Gao,Le Huang,Menglong Zhang,Mengmeng Yang,Zhaoqiang Zheng,Nengjie Huo,Lixiang Han,Jingbo Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (14): 18101-18113 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acsami.3c01807
摘要

In recent years, two-dimensional (2D) nonlayered Bi2O2Se-based electronics and optoelectronics have drawn enormous attention owing to their high electron mobility, facile synthetic process, stability to the atmosphere, and moderate narrow band gaps. However, 2D Bi2O2Se-based photodetectors typically present large dark current, relatively slow response speed, and persistent photoconductivity effect, limiting further improvement in fast-response imaging sensors and low-consumption broadband detection. Herein, a Bi2O2Se/2H-MoTe2 van der Waals (vdWs) heterostructure obtained from the chemical vapor deposition (CVD) approach and vertical stacking is reported. The proposed type-II staggered band alignment desirable for suppression of dark current and separation of photoinduced carriers is confirmed by density functional theory (DFT) calculations, accompanied by strong interlayer coupling and efficient built-in potential at the junction. Consequently, a stable visible (405 nm) to near-infrared (1310 nm) response capability, a self-driven prominent responsivity (R) of 1.24 A·W-1, and a high specific detectivity (D*) of 3.73 × 1011 Jones under 405 nm are achieved. In particular, R, D*, fill factor, and photoelectrical conversion efficiency (PCE) can be enhanced to 4.96 A·W-1, 3.84 × 1012 Jones, 0.52, and 7.21% at Vg = -60 V through a large band offset originated from the n+-p junction. It is suggested that the present vdWs heterostructure is a promising candidate for logical integrated circuits, image sensors, and low-power consumption detection.
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