Super-high responsivity and harsh environment-resistant ultraviolet photodetector enabled by Ta2NiSe5/GaN van der Waals heterojunction

材料科学 响应度 光电探测器 异质结 紫外线 光电子学 范德瓦尔斯力 物理 量子力学 分子
作者
Jianpeng Lei,Tao Zheng,Wanglong Wu,Zhaoqiang Zheng,Quansheng Zheng,Xiaozhou Wang,Wenbo Xiao,Jingbo Li,Mengmeng Yang
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:67 (3): 863-870 被引量:6
标识
DOI:10.1007/s40843-023-2736-6
摘要

Gallium nitride (GaN) has garnered significant research interest for ultraviolet (UV) photodetectors due to its direct bandgap, inherent UV absorption window, and high breakdown voltage. In this work, a new ternary chalcogenides Ta2NiSe5 with high mobility is successfully stacked with unintentionally-doped GaN to creat an integrated mixed-dimensional Ta2NiSe5/GaN (2D/3D) van der Waals heterojunction with a typical type-I band alignment. The resulting Ta2NiSe5/GaN heterojunction exhibits excellent UV detection performance, with a pronounced light on/off ratio of 107 and a large responsivity of 1.22 × 104 A W−1. Moreover, it demonstrates an enhanced detectivity up to 1.3 × 1016 Jones under 365-nm light illumination at a bias of 4 V. The photodetector also exhibits a fast response speed of 1.22/3.16 ms. Remarkably, the device showcases exceptional stability, repeatability, and tolerance to harsh environmental conditions, including high temperature and acidic condition. Furthermore, leveraging the high responsivity, detectivity, and light on/off ratio of the photodetector, we successfully integrate this heterojunction device into UV optical communication, high-lighting its potential in information transmission.
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