Broken-Gap PtS2/WSe2 van der Waals Heterojunction with Ultrahigh Reverse Rectification and Fast Photoresponse

整改 量子隧道 材料科学 光电流 范德瓦尔斯力 异质结 光电子学 带偏移量 量子效率 光探测 带隙 光电探测器 凝聚态物理 纳米技术 物理 分子 电压 价带 量子力学
作者
Chaoyang Tan,Shiqi Yin,Jiawang Chen,Yuan Lü,Wensen Wei,Haifeng Du,Kailang Liu,Fakun Wang,Tianyou Zhai,Liang Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (5): 8328-8337 被引量:136
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c09593
摘要

Broken-gap van der Waals (vdW) heterojunctions based on 2D materials are promising structures to fabricate high-speed switching and low-power multifunctional devices thanks to its charge transport versus quantum tunneling mechanism. However, the tunneling current is usually generated under both positive and negative bias voltage, resulting in small rectification and photocurrent on/off ratio. In this paper, we report a broken-gap vdW heterojunction PtS2/WSe2 with a bilateral accumulation region design and a big band offset by utilizing thick PtS2 as an effective carrier-selective contact, which exhibits an ultrahigh reverser rectification ratio approaching 108 and on/off ratio over 108 at room temperature. We also find excellent photodetection properties in such a heterodiode with a large photocurrent on/off ratio over 105 due to its ultralow forward current and a comparable photodetectivity of 3.8 × 1010 Jones. In addition, the response time of such a photodetector reaches 8 μs owing to the photoinduced tunneling mechanism and reduced interface trapping effect. The proposed heterojunction not only demonstrates the high-performance broken-gap heterodiode but also provides in-depth understanding of the tunneling mechanism in the development of future electronic and optoelectronic applications.
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