Highly Tunable, Broadband, and Negative Photoresponse MoS2 Photodetector Driven by Ion-Gel Gate Dielectrics

材料科学 光电子学 光电探测器 宽带 栅极电介质 电介质 离子 晶体管 光学 电气工程 量子力学 物理 工程类 电压
作者
Zhenzhen Shen,Chunchi Zhang,Yajing Meng,Zegao Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (28): 32412-32419 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsami.2c08341
摘要

Revealing the light-matter interaction of molybdenum disulfide (MoS2) and further improving its tunability facilitate the construction of highly integrated optoelectronics in communication and wearable healthcare, but it still remains a significant challenge. Herein, polyvinylidene fluoride and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (PVDF-EMIM-TFSI) ion-gel are employed to replace the oxide to fabricate a MoS2-based phototransistor. The high capacitance enables a large tunability of the carrier concentration that results in ambipolar transport of MoS2. It is found that the photoelectrical effect of the MoS2 ion-gel phototransistor can be greatly tuned by the gate voltage including its photoresponsivity, detectivity, and response wavelength. An abnormal negative photoelectrical effect in both the electron branch and the hole branch is observed which is due to the adsorption/desorption of the C2F6NO4S2- ion. By tuning the carrier concentration, the photoresponse can be extended from the visible region to the short infrared region. At 1200 nm, the photoresponse and detectivity can be tuned as large as 0.90 A/W and 1.88 × 1011 Jones, respectively. Ultimately, by combining the tunability of gate voltage and wavelength, it is demonstrated that the photoelectrical effect is dominated by the photogating effect in the hole carrier, while it is coregulated by a photogating and photothermal effect in electron carrier. This study provides new insights for developing a highly tunable broadband photodetector with low consumption.

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