Optoelectronic devices based on electrically tunable p–n diodes in a monolayer dichalcogenide

光电子学 材料科学 双极扩散 二极管 单层 响应度 半导体 光电探测器 纳米技术 物理 电子 量子力学
作者
Britton W. H. Baugher,Hugh Churchill,Yafang Yang,Pablo Jarillo‐Herrero
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:9 (4): 262-267 被引量:1399
标识
DOI:10.1038/nnano.2014.25
摘要

The p–n junction is the functional element of many electronic and optoelectronic devices, including diodes, bipolar transistors, photodetectors, light-emitting diodes and solar cells. In conventional p–n junctions, the adjacent p- and n-type regions of a semiconductor are formed by chemical doping. Ambipolar semiconductors, such as carbon nanotubes1, nanowires2 and organic molecules3, allow for p–n junctions to be configured and modified by electrostatic gating. This electrical control enables a single device to have multiple functionalities. Here, we report ambipolar monolayer WSe2 devices in which two local gates are used to define a p–n junction within the WSe2 sheet. With these electrically tunable p–n junctions, we demonstrate both p–n and n–p diodes with ideality factors better than 2. Under optical excitation, the diodes demonstrate a photodetection responsivity of 210 mA W–1 and photovoltaic power generation with a peak external quantum efficiency of 0.2%, promising values for a nearly transparent monolayer material in a lateral device geometry. Finally, we demonstrate a light-emitting diode based on monolayer WSe2. These devices provide a building block for ultrathin, flexible and nearly transparent optoelectronic and electronic applications based on ambipolar dichalcogenide materials. An electrostatically defined p–n junction in monolayer WSe2 is employed for photodetection, photovoltaic operation and as a light-emitting diode.
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