基于石墨烯-WS2混合维度(2D-0D)异质结构的高响应度栅极可调紫外-可见宽带光电晶体管
应用物理
2021-11-10 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
近年来,具有高稳定性、环境友好、低成本的过渡金属硫族化物(TMDC)量子点(QDs)因其宽带吸收谱与波长选择性特征,在宽带光电探测器中的应用日益广泛。通过溶液法加工,我们展示了一种超大(~0.75 mm^2)、紫外-可见宽带(365-633 nm)光电晶体管,其有源沟道由WS_2 QDs修饰的CVD石墨烯构成,在 ambient 条件下具有极佳的稳定性与耐久性(制备后4个月内光电流无衰减)。其中,胶体0D WS_2-QDs用作光吸收材料,石墨烯用作导电沟道。在低偏压(V_{ds} = 1V)、365 nm光照、光功率低至0.8 \mu W/cm^2下,获得了高光响应度(3.1 x 10^2 A/W)、高探测率(2.2 x 10^12 Jones)和低噪声等效功率(4 x 10^{-14} W/Hz^0.5),并可通过调制栅极偏压进一步调控。对比两种不同形貌WS_2(QDs与2D纳米片)的光电流,基于QDs的器件光电流显著增强。基于第一性原理密度泛函理论的计算进一步支持了我们的观测,揭示了量子限域对增强光响应的作用。我们的工作提出了一种基于石墨烯-WS_2 QDs制备可扩展、低成本、高性能混合二维(2D/0D)光电探测器的策略,为下一代光电子应用铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2111.05159,
title = {High Responsivity Gate Tunable UV-Visible Broadband Phototransistor Based on Graphene-WS2 Mixed Dimensional (2D-0D) Heterostructure},
author = {Shubhrasish Mukherjee and Didhiti Bhattacharya and Sumanti Patra and Sanjukta Paul and Rajib Kumar Mitra and Priya Mahadevan and Atindra Nath Pal and Samit Kumar Ray},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.05159},
year = {2021}
}
备注
16 pages, 5 figures