Layered ZnIn2S4 Single Crystals for Ultrasensitive and Wearable Photodetectors

光电探测器 材料科学 响应度 光电子学 暗电流 欧姆接触 半导体 三元运算 带隙 可穿戴计算机 纳米技术 图层(电子) 计算机科学 程序设计语言 嵌入式系统
作者
Lukáš Valdman,Vlastimil Mazánek,Petr Marvan,Marco Serra,Raúl Arenal,Zdeněk Sofer
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:9 (21) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adom.202100845
摘要

Abstract Zinc indium sulfide belongs to the family of layered ternary chalcogenides. Although ZnIn 2 S 4 has a suitable bandgap in the visible range, its optoelectronic properties are not fully investigated. Most photodetectors based on layered semiconductors suffer from large dark currents, which hamper their performance and energy efficiency. In this work, high quality ZnIn 2 S 4 single crystals are synthesized via chemical vapor transport. The free‐standing crystals are ≈20 μm thick and up to 2 cm 2 in area and produce large photocurrents upon UV–vis illumination, while also maintaining extremely low currents in the dark. This allows to fabricate a simple photodetector with ohmic contacts, exhibiting extremely small dark currents down to 10 –12 A. The ON/OFF (light/dark) switching ratio reaches value of 10 6 , the highest reported for a layered semiconductor. Furthermore, the photodetector exhibits remarkable responsivity of 173 A W –1 and excellent detectivity of 1.7 × 10 12 Jones. To demonstrate sensitivity and flexibility of the ZnIn 2 S 4 crystals, a wearable device is also fabricated. The wearable is able to record human heart rate and compare it with signal measured by a commercial smartwatch. The results suggest a substantial research potential in further explorations of ZnIn 2 S 4 and other ternary chalcogenides for optoelectronic applications.
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