Cải thiện hiệu suất quang của phototransistor MoS2 đa lớp với điện cực kim loại trong suốt

Nano Convergence - 2019
Junghak Park1, Dipjyoti Das2, Minho Ahn1, Sungho Park3, Ji‐Hyun Hur4, Sanghun Jeon2
1Department of Applied Physics, Korea University, 2511 Sejong-ro, Sejong city, 30019, Republic of Korea
2School of Electrical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Yuseong, Daeharkro 291, Dajeon-city, Republic of Korea
3Division of Life Science and Chemistry, Daejin University, 1007, Hguk-ro, Pochehon city, Gyeonggi-do, 487-711, Republic of Korea
4Department of Electrical Engineering, Sejong University, 209, Neungdong-ro, Gwangjin-gu, Seoul-city, 05006, Republic of Korea

Tóm tắt

Tóm tắt Trong những năm gần đây, MoS2 đã nổi lên như một vật liệu chính cho ứng dụng trong photodetector cũng như phototransistor. Thông thường, mật độ trạng thái cao hơn và băng năng lượng tương đối hẹp của MoS2 đa lớp mang lại lợi thế hơn so với MoS2 đơn lớp cho các ứng dụng phototransistor. Tuy nhiên, MoS2 cho thấy đặc tính băng năng lượng phụ thuộc vào độ dày, với MoS2 đa lớp có các đặc điểm băng năng lượng gián tiếp và do đó có các tính chất quang học kém hơn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi điều tra các tính chất điện và quang của phototransistor dựa trên MoS2 đơn lớp và đa lớp và chứng minh rằng việc sử dụng điện cực kim loại trong suốt thay vì cấu trúc cổng đáy toàn cục hoặc cổng đáy cục bộ có hình dạng truyền thống đã cải thiện tính chất quang của phototransistor MoS2 đa lớp. Điện cực kim loại trong suốt được sử dụng trong nghiên cứu này cho thấy độ truyền ánh sáng vượt quá 70% dưới ánh sáng khả kiến 532 nm, từ đó cho phép ánh sáng tới đạt đến toàn bộ khu vực hoạt động bên dưới các điện cực nguồn và thoát. Tác động của các điện cực tiếp xúc lên các phototransistor MoS2 đã được điều tra thêm bằng cách so sánh điện cực đề xuất với các điện cực không trong suốt thông thường và các điện cực IZO trong suốt. Một phép đo dòng điện quang phụ thuộc vào vị trí cũng đã được thực hiện bằng cách chiếu sáng cục bộ kênh MoS2 ở các vị trí khác nhau nhằm nắm bắt tốt hơn cơ chế hành vi của dòng điện quang trong phototransistor MoS2 đa lớp với kim loại trong suốt. Quan sát cho thấy rằng có nhiều electron hơn được bơm từ nguồn khi chùm tia được đặt ở phía nguồn do chiều cao rào cản giảm, dẫn đến sự tăng cường đáng kể dòng điện quang.

Từ khóa

#MoS2 #phototransistor #điện cực kim loại trong suốt #băng năng lượng #tính chất quang học

Tài liệu tham khảo

M. Chhowalla, H.S. Shin, G. Eda, L.J. Li, K.P. Loh, H. Zhang, Nature chemistry 5(4), 263 (2013)

A.K. Geim, I.V. Grigorieva, Nature 499(7459), 419 (2013)

X. Huang, Z. Zeng, H. Zhang, Chem. Soc. Rev. 42(5), 1934 (2013)

Q.H. Wang, K. Kalantar-Zadeh, A. Kis, J.N. Coleman, M.S. Strano, Nat. Nanotechnol. 7(11), 699 (2012)

S.A. Han, R. Bhatia, S.-W. Kim, Nano Conv. 2, 17 (2015)

S. Kim, A. Konar, W.S. Hwang, J.H. Lee, J. Lee, J. Yang, C. Jung, H. Kim, J.B. Yoo, J.Y. Choi, Y.W. Jin, S.Y. Lee, D. Jena, W. Choi, K. Kim, Nat. Commun. 3, 1011 (2012)

C. Muratore, J.J. Hu, B. Wang, M.A. Haque, J.E. Bultman, M.L. Jespersen, P.J. Shamberger, M.E. McConney, R.D. Naguy, A.A. Voevodin, Appl. Phys. Lett. 104, 26 (2014)

S.H. Yu, Y. Lee, S.K. Jang, J. Kang, J. Jeon, C. Lee, J.Y. Lee, H. Kim, E. Hwang, S. Lee, J.H. Cho, ACS Nano 8(8), 8285 (2014)

J. Kwon, Y.K. Hong, G. Han, I. Omkaram, W. Choi, S. Kim, Y. Yoon, Adv. Mater. 27(13), 2224 (2015)

C.C. Wu, D. Jariwala, V.K. Sangwan, T.J. Marks, M.C. Hersam, L.J. Lauhon, J. Phys. Chem. Lett. 4(15), 2508 (2013)

W. Zhang, J.K. Huang, C.H. Chen, Y.H. Chang, Y.J. Cheng, L.J. Li, Adv. Mater. 25(25), 3456 (2013)

B. Wang, C. Muratore, A.A. Voevodin, M.A. Haque, Nano Conver. 1, 22 (2014)

J.E. Padilha, H. Peelaers, A. Janotti, C.G. Van de Walle, Phys Rev B 90, 20 (2014)

G.H. Han, N.J. Kybert, C.H. Naylor, B.S. Lee, J.L. Ping, J.H. Park, J. Kang, S.Y. Lee, Y.H. Lee, R. Agarwal, A.T.C. Johnson, Nat. Commun. 6, 6123 (2015)

H.Y. Chang, M.N. Yogeesh, R. Ghosh, A. Rai, A. Sanne, S.X. Yang, N.S. Lu, S.K. Banerjee, D. Akinwande, Adv. Mater. 28(9), 1818 (2016)

J.U. Lee, J. Park, Y.W. Son, H. Cheong, Nanoscale 7(7), 3229 (2015)

W. Choi, M.Y. Cho, A. Konar, J.H. Lee, G.B. Cha, S.C. Hong, S. Kim, J. Kim, D. Jena, J. Joo, S. Kim, Adv. Mater. 24(43), 5832 (2012)

D.S. Schulman, A.J. Arnold, S. Das, Chem. Soc. Rev. 47(9), 3037 (2018)

H. Li, Q. Zhang, C.C.R. Yap, B.K. Tay, T.H.T. Edwin, A. Olivier, D. Baillargeat, Adv. Funct. Mater. 22(7), 1385 (2012)

C. Lee, H. Yan, L.E. Brus, T.F. Heinz, J. Hone, S. Ryu, ACS Nano 4(5), 2695 (2010)

S. Jeon, I. Song, S. Lee, B. Ryu, S.E. Ahn, E. Lee, Y. Kim, A. Nathan, J. Robertson, U.I. Chung, Adv. Mater. 26(41), 7102 (2014)

S.E. Ahn, I. Song, S. Jeon, Y.W. Jeon, Y. Kim, C. Kim, B. Ryu, J.H. Lee, A. Nathan, S. Lee, G.T. Kim, U.I. Chung, Adv. Mater. 24(19), 2631 (2012)

K.H. Choi, J.Y. Kim, Y.S. Lee, H.J. Kim, Thin Solid Films 341(1–2), 152 (1999)

Thông tin
Thông tin xuất bản

Nano Convergence

Thông tin tác giả