High-responsivity, high-detectivity, broadband infrared photodetector based on MoS2/BP/MoS2 junction field-effect transistor

响应度 光电探测器 比探测率 光电子学 光电流 材料科学 探测器 光电导性 晶体管 红外线的 场效应晶体管 光学 物理 电压 量子力学
作者
Xiaochuang Shu,Jianfeng Wu,Fan Zhong,Xinlei Zhang,Qiang Fu,Xinxin Han,Jialin Zhang,Junpeng Lu,Zhenhua Ni
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:124 (18)
标识
DOI:10.1063/5.0205803
摘要

Sensitivity stands as a critical figure of merit in assessing the performance of a photodetector and can be characterized by two distinct parameters: responsivity or detectivity. Simultaneous optimization of these two parameters is essential to ensure the applicability of a single detector across various scenarios, yet it remains a persistent challenge for mid-infrared photodetector. Here, we demonstrate that the construction of a photoconductive detector based on a MoS2/BP/MoS2 npn junction field-effect transistor configuration can effectively balance the tradeoffs between photoresponsivity and detectivity. In this device, the black phosphorus layer serves as the channel, while the top and bottom MoS2 layers act as photogates to boost the photocurrent. Consequently, a high-performance room-temperature-operating mid-infrared photodetector with a responsivity and detectivity reaching 9.04 A W−1 and 5.36 × 109 cm Hz1/2 W−1 (1550 nm), and 7.25 A W−1 and 4.29 × 109 cm Hz1/2 W−1 (3600 nm) is achieved. Our study provides an alternative structural design, enabling the applications of mid-infrared photodetectors across multiple scenarios.

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