التخصص: الفيزياء

التخصص الدقيق: علوم المواد وفيزياء النانو

المستخلص: تمت دراسة الخصائص الكهروضوئية للمواد ثنائية الأبعاد متعددة الطبقات MoS₂ و WS₂ على ركيزة السيليكون باستخدام تقنيتي الترسيب الفيزيائي بالبخار (PVD) والترسيب الكيميائي بالبخار. (CVD).لأول مرة، نقدم استجابات ضوئية فوق بنفسجية (UV) تحت الهواء، ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، والأكسجين (O₂) عند معدلات تدفق مختلفة .أظهرت قياسات تأثير هول الكهربائية وجود وصلات غير متجانسة بين MoS₂ (من النوع n) / Si (من النوع p) وWS₂ (من النوع p) / Si (من النوع p) مع تركيز شحنة صفائحي مرتفع بلغ 5.50 × 10⁵ cm⁻² في الأفلام الرقيقة WS₂. كشفت نتائج قياسات IV الكهربائية أن WS₂ أكثر تفاعلية من MoS₂ تحت تأثير محفزات الغاز المختلفة .أظهرت أفلام WS₂ استقرارًا عاليًا تحت جهود تحيز مختلفة، حتى عند جهد صفري، بفضل حركة ناقل ممتازة بلغت 29.8 × 10² cm²/V. . أظهرت أفلام WS₂ زمن استجابة وانحلال سريع بلغ 0.23/0.21 ثانية تحت الهواء، بينما لوحظت استجابة أسرع عند 0.190/0.10 ثانية تحت بيئة. CO₂.بالإضافة إلى ذلك، كشفت كفاءة الكمومية الخارجية (EQE) عن تحسن ملحوظ في بيئة CO₂ بلغ 1.62 × 10⁸ مقارنة بـ MoS₂ الذي سجل 6.74 × 10⁶. وفقًا لنتائجنا، فإن وجود CO₂ على سطح WS₂ يعزز خصائصه الكهروضوئية مثل زيادة التيار الضوئي، الاستجابة الضوئية، الكفاءة الكمومية الخارجية، وقابلية الكشف.تشير هذه النتائج إلى إمكانات WS₂ كمستشعر ضوئي تحت تأثير محفزات الغاز لتطبيقات كهروضوئية مستقبلية.

Abstract: This study was on the optoelectronic properties of multilayered two-dimensional MoS2 and WS2 materials on a silicon substrate using sputtering physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) techniques. For the first time, we report ultraviolet (UV) photoresponses under air, CO2, and O2 environments at different flow rates. The electrical Hall effect measurement showed the existence of MoS2 (n-type)/Si (p-type) and WS2 (P-type)/Si (p-type) heterojunctions with a higher sheet carrier concentration of 5.50 × 105 cm−2 for WS2 thin film. The IV electrical results revealed that WS2 is more reactive than MoS2 film under different gas stimuli. WS2 film showed high stability under different bias voltages, even at zero bias voltage, due to the noticeably good carrier mobility of 29.8 × 102 cm2/V. WS2 film indicated a fast rise/decay time of 0.23/0.21 s under air while a faster response of 0.190/0.10 s under a CO2 environment was observed. Additionally, the external quantum efficiency of WS2 revealed a remarkable enhancement in the CO2 environment of 1.62 × 108 compared to MoS2 film with 6.74 × 106. According to our findings, the presence of CO2 on the surface of WS2 improves such optoelectronic properties as photocurrent gain, photoresponsivity, external quantum efficiency, and detectivity. These results indicate potential applications of WS2 as a photodetector under gas stimuli for future optoelectronic applications.

الحالة: محكم ومنشور

جهة التحكيم: MDPI

دار النشر: MDPI

سنة النشر: 2022