A Single‐Step‐Grown Semiconducting vdW Heterostructure of Tungsten Oxide–Sulfide for High‐Performance Photodetection

光探测 材料科学 异质结 硫化 响应度 光电子学 氧化物 化学计量学 化学气相沉积 纳米技术 光电探测器 硫黄 物理化学 化学 冶金
作者
Guanyu Chen,Xinyi Hu,Mingwei Gu,Hao Wu,Keyu Chen,Hao Yu,Baiyu Ren,Zhong Li,Yange Luan,Tao Tang,Yinfen Cheng,Haibo Huang,Liguo Chen,Baoyue Zhang,Jian Zhen Ou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (41) 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adfm.202202239
摘要

Abstract Ultrathin semiconducting van der Waals (vdW) heterostructures based on transition metal dichalcogenides (TMDs) play a critical role in developing next‐generation electronic and optoelectronic devices. The replacement of one component of the heterostructure by transition metal oxides (TMOs) certainly brings in numerous benefits including long‐term stability and novel functionalities. However, the single‐step chemical‐vapor deposition growth of TMOs/TMDs vdW heterostructures, as a highly desired approach for large‐scale fabrication and practical implementation, is challenging due to contradictory growth atmospheres of TMOs and TMDs. Here, the single‐step growth of an ultrathin WO 3–x /WS 2 vdW heterostructure based on the quantity‐driven discrepant interaction between S and the precursor, in which S induces sulfidation to produce WS 2 in the S‐rich phase and is changed to the reduction role to obtain sub‐stoichiometric WO 3–x in the S‐deficient phase is realized. Both WO 3–x and WS 2 exhibit semiconducting properties with a favorable type‐II band alignment. A wide response across the entire visible spectrum with a large photo‐responsivity of 4375 A W −1 , a detectivity of 5.47 × 10 11 Jones, and sub‐ms switching kinetics at 405 nm is achieved without gating bias, which is significantly improved over other reported ultrathin vdW heterostructures. This study demonstrates the possibility of single‐step‐growing TMOs/TMDs vdW heterostructures and their strong potential in high‐performance optoelectronic devices.

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