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Two-dimensional phase-engineered 1T′– and 2H–MoTe<sub>2</sub>-based near-infrared photodetectors with ultra-fast response
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발행연도
2019
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등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
960-965(6쪽)
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<P><B>Abstract</B></P> <P>Two-dimensional (2D) crystal growth allows wafer-scale van der Waals epitaxial integration of transition metal dichalcogenides (TMDs) semiconductors onto a Si substrate. 2D MoTe<SUB>2</SUB> and WTe<SUB>2</SUB> among TMDs are considered as possible candidates for high-performance near-infrared photodetector, due to its relatively low band gap energy (0.8–1.1 eV). Herein, 2D MoTe<SUB>2</SUB> was selected for the development of high-performance visible–near-infrared (0.5–1.1 μm) photodetectors. Phase-engineered MoTe<SUB>2</SUB> films of four atomic layers were grown by metal–organic chemical vapor deposition on an 8-inch SiO<SUB>2</SUB>/Si substrate. 1T′ and 2H phase MoTe<SUB>2</SUB> films were verified by Raman spectra and scanning transmission electron microscopy. A fabricated 2H-MoTe<SUB>2</SUB>-based field-effect transistor (FET) was found to have p-type electrical transport with a mobility of 22.8 cm<SUP>2</SUP>/V·s—the fastest among all currently reported 2H phase films synthesized by bottom-up methods—and an on/off ratio of 1.3 × 10<SUP>4</SUP>. Moreover, a photodetector based on the 1T′ phase (semimetal) film exhibited excellent performance, including photoresponsivity as high as 62–109 mA/W at 500–1000 nm—a 900% enhancement over that with a 2H phase (p-type semiconductor) film—and extremely fast response (a rise time of 0.82 μs and a fall time of 7.29 μs at a wavelength of 1000 nm).</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> 2D MoTe<SUB>2</SUB> were grown by metal–organic chemical vapor deposition on an 8-inch Si wafer. </LI> <LI> Phase-engineered (1T′ and 2H) MoTe<SUB>2</SUB> has been achieved by optimizing MOCVD growth conditions. </LI> <LI> 2D MoTe<SUB>2</SUB> was selected for the development of visible–near-infrared photodetectors. </LI> <LI> The responsivity of 1T′-MoTe<SUB>2</SUB>-based photodetector is about ten times higher than 2H phase. </LI> <LI> Ultra-fast response time of 0.82–7.29 μs and photoresponsivity of 62–109 mA/W at 500–1000 nm. </LI> </UL> </P>
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