Efficient Avalanche Photodiodes with a WSe2/MoS2 Heterostructure via Two-Photon Absorption

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作者
Bongkwon Son,Yadong Wang,Manlin Luo,Kunze Lu,Youngmin Kim,Hyo‐Jun Joo,Yu Yi,Chongwu Wang,Qi Jie Wang,Sang Hoon Chae,Donguk Nam
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (23): 9516-9522 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c03629
摘要

Two-dimensional (2D) materials-based photodetectors in the infrared range hold the key to enabling a wide range of optoelectronics applications including infrared imaging and optical communications. While there exist 2D materials with a narrow bandgap sensitive to infrared photons, a two-photon absorption (TPA) process can also enable infrared photodetection in well-established 2D materials with large bandgaps such as WSe2 and MoS2. However, most of the TPA photodetectors suffer from low responsivity, preventing this method from being widely adopted for infrared photodetection. Herein, we experimentally demonstrate 2D materials-based TPA avalanche photodiodes achieving an ultrahigh responsivity. The WSe2/MoS2 heterostructure absorbs infrared photons with an energy smaller than the material bandgaps via a low-efficiency TPA process. The significant avalanche effect with a gain of ∼1300 improves the responsivity, resulting in the record-high responsivity of 88 μA/W. We believe that this work paves the way toward building practical and high-efficiency 2D materials-based infrared photodetectors.
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