Ferroelectrically Modulated and Enhanced Photoresponse in a Self-Powered α-In2Se3/Si Heterojunction Photodetector

光电探测器 光电子学 光探测 材料科学 异质结 铁电性 光电效应 半导体 比探测率 量子效率 暗电流 电介质
作者
Cheng Jia,Shuangxiang Wu,Jinze Fan,Chaojie Luo,Minghui Fan,Ming Li,Lanping He,Yuanjun Yang,Hui Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (7): 6534-6544 被引量:121
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c11925
摘要

Photodetectors have been applied to pivotal optoelectronic components of modern optical communication, sensing, and imaging systems. As a room-temperature ferroelectric van der Waals semiconductor, 2D α-In2Se3 is a promising candidate for a next-generation optoelectronic material because of its thickness-dependent direct bandgap and excellent optoelectronic performance. Previous studies of photodetectors based on α-In2Se3 have been rarely focused on the modulated relationship between the α-In2Se3 intrinsic ferroelectricity and photoresponsivity. Herein, a simple integrated process and high-performance photodetector based on an α-In2Se3/Si vertical hybrid-dimensional heterojunction was constructed. Our photodetector in the ferroelectric polarization up state accomplishes a self-powered, highly sensitive photoresponse with an on/off ratio of 4.5 × 105 and detectivity of 1.6 × 1013 Jones, and it also shows a fast response time with 43 μs. The depolarization field generated by the remanent polarization of ferroelectrics in α-In2Se3 provides a strategy for enhancement and modulation of photodetection. The negative correlation was discovered because the enhancement photoresponsivity factor of ferroelectric modulation competes with the photovoltaic behavior within the α-In2Se3/Si heterojunction. Our research highlights the great potential of the high-efficiency heterojunction photodetector for future object recognition and photoelectric imaging.
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