English

Photodetectors Based on Two-Dimensional Materials and Their van der Waals Heterostructures

• LI Jiayi ^§, ,
• DING Yi ^§, ,
• ZHANG David Wei ,
• ZHOU Peng ^,

• State Key Laboratory of ASIC and System, School of Microelectronics, Fudan University, Shanghai 200433, P. R. China

Corresponding author: ZHOU Peng, Email: pengzhou@fudan.edu.cn; Tel.: +86-17317379965

• Received Date: 10 December 2018
  Accepted Date: 09 January 2019
  Revised Date: 09 January 2019
  Available Online: 15 October 2019
• Fund Project:

  The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (61622401, 61851402, 61734003)

Abstract: Two-dimensional (2D) layered materials have garnered increasing interest in the past few years due to their unique structures and novel properties. These 2D layered materials with atomic thicknesses cover metals, semiconductors, and insulators, including graphene, black phosphorus (BP), transition metal dichalcogenides (TMDs) and hexagonal boron nitride (BN). Their bandgaps are usually tunable by changing the number of layers and the thicknesses. These 2D material are also sensitive to changes in the surrounding environment, e. g. changes in temperature, pressure, and illumination. Particularly, most 2D materials have high absorption coefficients. Owing to their excellent performance in electronics and optoelectronics and their potential for further development, many optoelectronic devices based on 2D materials, such as photodetectors, have been manufactured and widely used. In this paper, the latest progress of photodetectors based on 2D materials has been outlined. We introduce some 2D materials and their preparation methods, and the mechanisms of photodetectors based on 2D materials, i. e. photovoltaic effect, photoconductive effect, photogating effect, photothermoelectric effect and bolometric effect, have been discussed. Next, we summarize the parameters used to evaluate the performance of photodetectors, including photoresponsivity, external quantum efficiency, internal quantum efficiency, photoconductive gain, signal-to-noise ratio, noise-equivalent power, response time, cutoff frequency, linear dynamic range, and specific detectivity. We also report some recent studies on photodetectors based on 2D materials; among the 2D materials used in these studies, graphene, TMDs, and BP are the most widely used. Many methods have been proposed to improve the performances of photodetectors based on 2D materials, such as doping, designing novel structures, changing the dielectric layer, modifying the contact between channel and electrodes, controlling the surface and the interface, etc. Compared to single 2D materials, heterostructures composed of different 2D materials are more promising for use in photodetectors because they combine materials with different properties, which makes it possible to obtain photodetectors with desired and enhanced performances. Thus, we present some van der Waals heterojunctions and their applications in photodetectors. Finally, we provide a brief summary of the full article and an outlook for future development.

Key words:
• Photodetection
•  /  Two-dimensional material
•  /  Heterostructure
•  /  Transition metal dichalcogenide
•  /  Mechanical exfoliation

• 1. [1]

     Novoselov, K. Science 2004, 306, 666. doi: 10.1038/nature04233

  2. [2]

     Geim, A. Science 2009, 324, 1530. doi: 10.1126/science.1158877

  3. [3]

     Li, X. Q.; Liu, Y. Y.; Zheng, Q. H.; Yan, X. J.; Yang, X.; Lv, G. X.; Xu, N.; Wang, Y. X.; Lu, M. H.; Chen, K. Q. Appl. Phys. Lett. 2017, 111 (16), 163102. doi:10. 1063/1. 4999248

  4. [4]

     Novoselov, K. S.; Jiang, Z.; Zhang, Y.; Morozov, S.; Stormer, H. L.; Zeitler, U.; Maan, J.; Boebinger, G.; Kim, P.; Geim, A. K. Science 2007, 315 (5817), 1379. doi: 10.1126/science.1137201

  5. [5]

     King, A.; Johnson, G.; Engelberg, D.; Ludwig, W.; Marrow, J. Science 2008, 321 (5887), 382. doi: 10.1126/science.1156211

  6. [6]

     Xia, F. N.; Mueller, T.; Lin, Y. M.; Valdes-Garcia, A.; Avouris, P. Nat. Nanotechnol. 2009, 4 (12), 839. doi:10. 1364/cleo.2010.cmv1

  7. [7]

     Koppens, F.; Mueller, T.; Avouris, P.; Ferrari, A.; Vitiello, M.; Polini, M. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (10), 780. doi: 10.1038/nnano.2014.215

  8. [8]

     Li, J. H.; Niu, L. Y.; Zheng, Z. J.; Yan, F. Adv. Mater. 2014, 26 (31), 5239. doi: 10.1002/adma.201400349

  9. [9]

     Sun, Z. H.; Chang, H. X. ACS Nano 2014, 8 (5), 4133. doi: 10.1021/nn500508c

  10. [10]

      Bonaccorso, F.; Sun, Z.; Hasan, T.; Ferrari, A. Nat. Photonics 2010, 4 (9), 611. doi: 10.1038/nphoton.2010.186

  11. [11]

      Bao, W. Z.; Jing, L.; Velasco Jr, J.; Lee, Y.; Liu, G.; Tran, D.; Standley, B.; Aykol, M.; Cronin, S.; Smirnov, D. Nat. Phys. 2011, 7 (12), 948. doi: 10.1038/nphys2103

  12. [12]

      Wang, Q. H.; Kalantar-Zadeh, K.; Kis, A.; Coleman, J. N.; Strano, M. S. Nat. Nanotechnol. 2012, 7 (11), 699. doi: 10.1038/nnano.2012.193

  13. [13]

      Jin, Y.; Keum, D. H.; An, S. J.; Kim, J.; Lee, H. S.; Lee, Y. H. Adv. Mater. 2015, 27 (37), 5534. doi: 10.1002/adma.201502278

  14. [14]

      Geim, A. K. Science 2009, 324 (5934), 1530. doi: 10.1126/science.1158877

  15. [15]

      Mak, K. F.; Lee, C.; Hone, J.; Shan, J.; Heinz, T. F. Phys. Rev. Lett. 2010, 105 (13), 136805. doi: 10.1103/physrevlett.105.136805

  16. [16]

      Jin, W.; Yeh, P. C.; Zaki, N.; Zhang, D.; Sadowski, J. T.; Al-Mahboob, A.; van Der Zande, A. M.; Chenet, D. A.; Dadap, J. I.; Herman, I. P. Phys. Rev. Lett. 2013, 111 (10), 106801. doi:10. 1103/physrevlett.111.106801

  17. [17]

      Novoselov, K.; Mishchenko, A.; Carvalho, A.; Neto, A. C. Science 2016, 353 (6298), aac9439. doi: 10.1126/science.aac9439

  18. [18]

      Ajayan, P.; Kim, P.; Banerjee, K. Phys. Today 2016, 69, 9. doi:10. 1063/PT. 3. 3297

  19. [19]

      Geim, A. K.; Grigorieva, I. V. Nature 2013, 499 (7459), 419. doi: 10.1038/nature12385

  20. [20]

      Huang, X.; Tan, C. L.; Yin, Z. Y.; Zhang, H. Adv. Mater. 2014, 26 (14), 2185. doi: 10.1002/adma.201304964

  21. [21]

      Buscema, M.; Island, J. O.; Groenendijk, D. J.; Blanter, S. I.; Steele, G. A.; van der Zant, H. S.; Castellanos-Gomez, A. Chem. Soc. Rev. 2015, 44 (11), 3691. doi: 10.1039/c5cs00106d

  22. [22]

      Liu, Y.; Weiss, N. O.; Duan, X. D.; Cheng, H. C.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nat. Rev. Mater. 2016, 1 (9), 16042. doi: 10.1038/natrevmats.2016.42

  23. [23]

      Long, M. S.; Wang, P.; Fang, H. H.; Hu, W. D. Adv. Funct. Mater. 2018, 1803807. doi:10. 1002/adfm.201803807

  24. [24]

      Kim, H.; Kim, H. H.; Jang, J. I.; Lee, S. K.; Lee, G. W.; Han, J. T.; Cho, K. Adv. Mater. 2014, 26 (48), 8141. doi: 10.1002/adma.201403196

  25. [25]

      Bolotin, K. I.; Sikes, K.; Jiang, Z.; Klima, M.; Fudenberg, G.; Hone, J.; Kim, P.; Stormer, H. Solid State Commun. 2008, 146 (9-10), 351. doi: 10.1016/j.ssc.2008.02.024

  26. [26]

      Xia, F. N.; Mueller, T.; Golizadeh-Mojarad, R.; Freitag, M.; Lin, Y. M.; Tsang, J.; Perebeinos, V.; Avouris, P. Nano Lett. 2009, 9 (3), 1039. doi: 10.1021/nl8033812

  27. [27]

      Freitag, M.; Low, T.; Avouris, P. Nano Lett. 2013, 13 (4), 1644. doi: 10.1021/nl4001037

  28. [28]

      Zhang, Y. Z.; Liu, T.; Meng, B.; Li, X. H.; Liang, G. Z.; Hu, X. N.; Wang, Q. J. Nat. Commun. 2013, 4, 1811. doi: 10.1038/ncomms2830

  29. [29]

      Low, T.; Avouris, P. ACS Nano 2014, 8 (2), 1086. doi: 10.1021/nn406627u

  30. [30]

      Yu, Y. J.; Zhao, Y.; Ryu, S.; Brus, L. E.; Kim, K. S.; Kim, P. Nano Lett. 2009, 9 (10), 3430. doi: 10.1021/nl901572a

  31. [31]

      Nourbakhsh, A.; Cantoro, M.; Klekachev, A.; Clemente, F.; Soree, B.; van der Veen, M. H.; Vosch, T.; Stesmans, A.; Sels, B.; De Gendt, S. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (15), 6894. doi: 10.1021/jp910085n

  32. [32]

      Tongay, S.; Berke, K.; Lemaitre, M.; Nasrollahi, Z.; Tanner, D.; Hebard, A.; Appleton, B. Nanotechnology 2011, 22 (42), 425701. doi: 10.1088/0957-4484/22/42/425701

  33. [33]

      Khan, M. F.; Iqbal, M. Z.; Iqbal, M. W.; Eom, J. Sci. Technol. Adv. Mater. 2014, 15 (5), 055004. doi: 10.1088/1468-6996/15/5/055004

  34. [34]

      Shi, Y.; Kim, K.; Reina, A.; Hofmann, M.; Li, L.; Kong, J. ACS Nano. doi: 10.1021/nn1005478

  35. [35]

      Radisavljevic, B.; Radenovic, A.; Brivio, J.; Giacometti, i. V.; Kis, A. Nat. Nanotechnol. 2011, 6 (3), 147. doi: 10.1038/nnano.2010.279

  36. [36]

      Reale, F.; Sharda, K.; Mattevi, C. Appl. Mater. Today 2016, 3, 11. doi: 10.1016/j.apmt.2015.12.003

  37. [37]

      Lee, Y. H.; Zhang, X. Q.; Zhang, W. J.; Chang, M. T.; Lin, C. T.; Chang, K. D.; Yu, Y. C.; Wang, J. T. W.; Chang, C. S.; Li, L. J. Adv. Mater. 2012, 24 (17), 2320. doi: 10.1002/adma.201104798

  38. [38]

      Shaw, J. C.; Zhou, H. L.; Chen, Y.; Weiss, N. O.; Liu, Y.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nano Res. 2014, 7 (4), 511. doi: 10.1007/s12274-014-0417-z

  39. [39]

      Zhou, H. L.; Wang, C.; Shaw, J. C.; Cheng, R.; Chen, Y.; Huang, X. Q.; Liu, Y.; Weiss, N. O.; Lin, Z. Y.; Huang, Y. Nano Lett. 2014, 15 (1), 709. doi: 10.1021/nl504256y

  40. [40]

      Kang, K.; Xie, S.; Huang, L. J.; Han, Y.; Huang, P. Y.; Mak, K. F.; Kim, C. J.; Muller, D.; Park, J. Nature 2015, 520 (7549), 656. doi: 10.1038/nature14417

  41. [41]

      Peng, K.; Parkinson, P.; Fu, L.; Gao, Q.; Jiang, N.; Guo, Y. N.; Wang, F.; Joyce, H. J.; Boland, J. L.; Tan, H. H. Nano Lett. 2014, 15 (1), 206. doi: 10.1021/nl5033843

  42. [42]

      Tian, H.; Tice, J.; Fei, R. X.; Tran, V.; Yan, X. D.; Yang, L.; Wang, H. Nano Today 2016, 11 (6), 763. doi: 10.1016/j.nantod.2016.10.003

  43. [43]

      Yi, Y.; Wu, C. M.; Liu, H. C.; Zeng, J. L.; He, H. T.; Wang, J. N. Nanoscale 2015, 7 (38), 15711. doi: 10.1039/c5nr04592d

  44. [44]

      Khurgin, J. B. Optica 2015, 2 (8), 740. doi: 10.1364/optica.2.000740

  45. [45]

      Kormányos, A.; Zólyomi, V.; Drummond, N. D.; Burkard, G. Phys. Rev. X 2014, 4 (1), 011034. doi: 10.1103/physrevx.4.039901

  46. [46]

      Kufer, D.; Konstantatos, G. Nano Lett. 2015, 15 (11), 7307. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b02559

  47. [47]

      Qiao, J. S.; Kong, X. H.; Hu, Z. X.; Yang, F.; Ji, W. Nat. Commun. 2014, 5, 4475. doi: 10.1038/ncomms5475

  48. [48]

      Liu, H.; Neal, A. T.; Zhu, Z.; Luo, Z.; Xu, X. F.; Tománek, D.; Ye, P. D. ACS Nano 2014, 8 (4), 4033. doi: 10.1021/nn501226z

  49. [49]

      Li, L. K.; Yu, Y. J.; Ye, G. J.; Ge, Q. Q.; Ou, X. D.; Wu, H.; Feng, D. L.; Chen, X. H.; Zhang, Y. B. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (5), 372. doi: 10.1038/nnano.2014.35

  50. [50]

      Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Kanda, H. Nat. Mater. 2004, 3 (6), 404. doi: 10.1038/nmat1134

  51. [51]

      Rivera, M.; Velázquez, R.; Aldalbahi, A.; Zhou, A. F.; Feng, P. Sci. Rep. 2017, 7, 42973. doi: 10.1038/srep42973

  52. [52]

      Jiang, H. X.; Lin, J. Y. Semicond. Sci. Technol. 2014, 29 (8), 084003. doi: 10.1088/0268-1242/29/8/084003

  53. [53]

      Zhou, A. F.; Aldalbahi, A.; Feng, P. Opt. Mater. Exp. 2016, 6 (10), 3286. doi: 10.1364/ome.6.003286

  54. [54]

      Aldalbahi, A.; Feng, P. IEEE Trans. Electron Devices 2015, 62 (6), 1885. doi: 10.1109/ted.2015.2423253

  55. [55]

      Sajjad, M.; Jadwisienczak, W. M.; Feng, P. Nanoscale 2014, 6 (9), 4577. doi: 10.1039/c3nr05817d

  56. [56]

      Cui, X.; Lee, G. H.; Kim, Y. D.; Arefe, G.; Huang, P. Y.; Lee, C. H.; Chenet, D. A.; Zhang, X.; Wang, L.; Ye, F. Nat. Nanotechnol. 2015, 10 (6), 534. doi: 10.1038/nnano.2015.70

  57. [57]

      Ross, J. S.; Klement, P.; Jones, A. M.; Ghimire, N. J.; Yan, J.; Mandrus, D.; Taniguchi, T.; Watanabe, K.; Kitamura, K.; Yao, W. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (4), 268. doi: 10.1038/nnano.2014.26

  58. [58]

      Li, L. K.; Ye, G. J.; Tran, V.; Fei, R.; Chen, G. R.; Wang, H. C.; Wang, J.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Yang, L. Nat. Nanotechnol. 2015, 10 (7), 608. doi: 10.1038/nnano.2015.91

  59. [59]

      Tongay, S.; Zhou, J.; Ataca, C.; Lo, K.; Matthews, T. S.; Li, J. B.; Grossman, J. C.; Wu, J. Q. Nano Lett. 2012, 12 (11), 5576. doi: 10.1021/nl302584w

  60. [60]

      Georgiou, T.; Jalil, R.; Belle, B. D.; Britnell, L.; Gorbachev, R. V.; Morozov, S. V.; Kim, Y. J.; Gholinia, A.; Haigh, S. J.; Makarovsky, O. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (2), 100. doi: 10.1038/nnano.2012.224

  61. [61]

      Jones, A. M.; Yu, H. Y.; Ghimire, N. J.; Wu, S. F.; Aivazian, G.; Ross, J. S.; Zhao, B.; Yan, J. Q.; Mandrus, D. G.; Xiao, D. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (9), 634. doi: 10.1038/nnano.2013.151

  62. [62]

      Li, Y. L.; Rao, Y.; Mak, K. F.; You, Y. M.; Wang, S.; Dean, C. R.; Heinz, T. F. Nano Lett. 2013, 13 (7), 3329. doi: 10.1021/nl401561r

  63. [63]

      Coleman, J. N.; Lotya, M.; O'Neill, A.; Bergin, S. D.; King, P. J.; Khan, U.; Young, K.; Gaucher, A.; De, S.; Smith, R. J. Science 2011, 331 (6017), 568. doi: 10.1126/science.119497

  64. [64]

      Cunningham, G.; Lotya, M.; Cucinotta, C. S.; Sanvito, S.; Bergin, S. D.; Menzel, R.; Shaffer, M. S.; Coleman, J. N. ACS Nano 2012, 6 (4), 3468. doi: 10.1021/nn300503

  65. [65]

      Smith, R. J.; King, P. J.; Lotya, M.; Wirtz, C.; Khan, U.; De, S.; O'Neill, A.; Duesberg, G. S.; Grunlan, J. C.; Moriarty, G. Adv. Mater. 2011, 23 (34), 3944. doi: 10.1002/adma.201102584

  66. [66]

      Zhi, C.; Bando, Y.; Tang, C.; Kuwahara, H.; Golberg, D. Adv. Mater. 2009, 21 (28), 2889. doi: 10.1002/adma.200900323

  67. [67]

      Tang, Q.; Zhou, Z. Prog. Mater. Sci. 2013, 58 (8), 1244. doi: 10.1016/j.pmatsci.2013.04.003

  68. [68]

      Eda, G.; Yamaguchi, H.; Voiry, D.; Fujita, T.; Chen, M.; Chhowalla, M. Nano Lett. 2011, 11 (12), 5111. doi: 10.1021/nl201874w

  69. [69]

      Frindt, R.; Arrott, A.; Curzon, A.; Heinrich, B.; Morrison, S.; Templeton, T.; Divigalpitiya, R.; Gee, M.; Joensen, P.; Schurer, P. J. Appl. Phys. 1991, 70 (10), 6224. doi: 10.1063/1.350002

  70. [70]

      Tsai, H. L.; Heising, J.; Schindler, J. L.; Kannewurf, C. R.; Kanatzidis, M. G. Chem. Mater. 1997, 9 (4), 879. doi: 10.1021/cm960579t

  71. [71]

      Nicolosi, V.; Chhowalla, M.; Kanatzidis, M. G.; Strano, M. S.; Coleman, J. N. Science 2013, 340 (6139), 1226419. doi: 10.1126/science.1226419

  72. [72]

      Xia, J.; Huang, X.; Liu, L. Z.; Wang, M.; Wang, L.; Huang, B.; Zhu, D. D.; Li, J. J.; Gu, C. Z.; Meng, X. M. Nanoscale 2014, 6 (15), 8949. doi: 10.1039/c4nr02311k

  73. [73]

      Kim, G.; Jang, A. R.; Jeong, H. Y.; Lee, Z.; Kang, D. J.; Shin, H. S. Nano Lett. 2013, 13 (4), 1834. doi: 10.1021/nl400559s

  74. [74]

      Qian, Y. T.; Ngoc, H.; Kang, D. J. Sci. Rep. 2017, 7 (1), 17083. doi: 10.1038/s41598-017-17432-9

  75. [75]

      Freitag, M.; Low, T.; Xia, F. N.; Avouris, P. Nat. Photonics 2013, 7 (1), 53. doi: 10.1038/nphoton.2012.314

  76. [76]

      Mueller, T.; Xia, F. N.; Avouris, P. Nat. Photonics 2010, 4 (5), 297. doi: 10.1038/nphoton.2010.40

  77. [77]

      Schall, D.; Neumaier, D.; Mohsin, M.; Chmielak, B.; Bolten, J.; Porschatis, C.; Prinzen, A.; Matheisen, C.; Kuebart, W.; Junginger, B. ACS Photonics 2014, 1 (9), 781. doi: 10.1021/ph5001605

  78. [78]

      Liu, C. H.; Chang, Y. C.; Norris, T. B.; Zhong, Z. H. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (4), 273. doi: 10.1038/nnano.2014.31

  79. [79]

      Chen, Z. F.; Cheng, Z. Z.; Wang, J. Q.; Wan, X.; Shu, C.; Tsang, H. K.; Ho, H. P.; Xu, J. B. Adv. Opt. Mater. 2015, 3 (9), 1207. doi: 10.1002/adom.201500127

  80. [80]

      Yu, X. C.; Dong, Z. G.; Liu, Y. P.; Liu, T.; Tao, J.; Zeng, Y. Q.; Yang, J. K.; Wang, Q. J. Nanoscale 2016, 8 (1), 327. doi: 10.1039/c5nr06869j

  81. [81]

      Urich, A.; Unterrainer, K.; Mueller, T. Nano Lett. 2011, 11 (7), 2804. doi: 10.1021/nl2011388

  82. [82]

      Novoselov, K. S.; Fal, V.; Colombo, L.; Gellert, P.; Schwab, M.; Kim, K. Nature 2012, 490 (7419), 192. doi: 10.1038/nature11458

  83. [83]

      Sun, T.; Wang, Y. J.; Yu, W. Z.; Wang, Y. S.; Dai, Z. G.; Liu, Z. K.; Shivananju, B. N.; Zhang, Y. P.; Fu, K.; Shabbir, B. Small 2017, 13 (42), 1701881. doi: 10.1002/smll.201770223

  84. [84]

      Ling, Z. P.; Yang, R.; Chai, J. W.; Wang, S. J.; Leong, W. S.; Tong, Y.; Lei, D.; Zhou, Q.; Gong, X.; Chi, D. Z. Opt. Express 2015, 23 (10), 13580. doi: 10.1364/oe.23.013580

  85. [85]

      Han, P.; Marie, L. S.; Wang, Q. X.; Quirk, N.; El Fatimy, A.; Ishigami, M.; Barbara, P. Nanotechnology 2018, 29 (20), 20LT01. doi: 10.1088/1361-6528/aab4bb

  86. [86]

      Pak, Y.; Park, W.; Mitra, S.; Sasikala Devi, A. A.; Loganathan, K.; Kumaresan, Y.; Kim, Y.; Cho, B.; Jung, G. Y.; Hussain, M. M. Small 2018, 14 (5), 1703176. doi: 10.1002/smll.201703176

  87. [87]

      Xie, Y.; Zhang, B.; Wang, S. X.; Wang, D.; Wang, A. Z.; Wang, Z. Y.; Yu, H. H.; Zhang, H. J.; Chen, Y. X.; Zhao, M. W. Adv. Mater. 2017, 29 (17), 1605972. doi: 10.1002/adma.201605972

  88. [88]

      Yu, S. H.; Lee, Y.; Jang, S. K.; Kang, J.; Jeon, J.; Lee, C.; Lee, J. Y.; Kim, H.; Hwang, E.; Lee, S. ACS Nano 2014, 8 (8), 8285. doi: 10.1021/nn502715h

  89. [89]

      Kang, D. H.; Kim, M. S.; Shim, J.; Jeon, J.; Park, H. Y.; Jung, W. S.; Yu, H. Y.; Pang, C. H.; Lee, S.; Park, J. H. Adv. Funct. Mater. 2015, 25 (27), 4219. doi: 10.1002/adfm.201501170

  90. [90]

      Wang, X. D.; Wang, P.; Wang, J. L.; Hu, W. D.; Zhou, X. H.; Guo, N.; Huang, H.; Sun, S.; Shen, H.; Lin, T. Adv. Mater. 2015, 27 (42), 6575. doi: 10.1002/adma.201503340

  91. [91]

      Wu, Z. Q.; Yang, J. L.; Manjunath, N. K.; Zhang, Y. J.; Feng, S. R.; Lu, Y. H.; Wu, J. H.; Zhao, W. W.; Qiu, C. Y.; Li, J. F. Adv. Mater. 2018, 1706527. doi: 10.1002/adma.201706527

  92. [92]

      Zhou, C. J.; Raju, S.; Li, B.; Chan, M.; Chai, Y.; Yang, C. Y. Adv. Funct. Mater. 2018, 28 (45), 1802954. doi: 10.1002/adfm.201802954

  93. [93]

      Wang, T. J.; Andrews, K.; Bowman, A.; Hong, T.; Koehler, M.; Yan, J. Q.; Mandrus, D.; Zhou, Z. X.; Xu, Y. Q. Nano Lett. 2018, 18 (5), 2766. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b04205

  94. [94]

      Gong, F.; Luo, W. J.; Wang, J. L.; Wang, P.; Fang, H. H.; Zheng, D. S.; Guo, N.; Wang, J. L.; Luo, M.; Ho, J. C.Adv. Funct. Mater. 2016, 26 (33), 6084.doi: 10.1002/adfm.201601346

  95. [95]

      Zhang, E.; Jin, Y. B.; Yuan, X.; Wang, W. Y.; Zhang, C.; Tang, L.; Liu, S. S.; Zhou, P.; Hu, W. D.; Xiu, F. X.Adv. Funct. Mater. 2015, 25 (26), 4076.doi: 10.1002/adfm.201500969

  96. [96]

      Thakar, K.; Mukherjee, B.; Grover, S.; Kaushik, N.; Deshmukh, M.; Lodha, S.ACS Appl. Mater. Inter faces 2018, 10 (42), 36512. doi: 10.1021/acsami.8b11248

  97. [97]

      Nazir, G.; Rehman, M. A.; Khan, M. F.; Dastgeer, G.; Aftab, S.; Afzal, A. M.; Seo, Y.; Eom, J.ACS Appl. Mater. Inter faces 2018, 10 (38), 32501.doi: 10.1021/acsami.8b06728

  98. [98]

      Yang, Y. B.; Huang, L.; Xiao, Y.; Li, Y. T.; Zhao, Y.; Luo, D. X.; Tao, L. L.; Zhang, M. L.; Feng, T. T.; Zheng, Z. Q.ACS Appl. Mater. Inter faces 2018, 10 (3), 2745.doi: 10.1021/acsami.7b18370

  99. [99]

      An, Q. W.; Liu, Y.; Jiang, R. J.; Meng, X. Q.Nanoscale 2018, 10 (31), 14976.doi: 10.1039/c8nr04143a

  100. [100]

       Chen, X. L.; Lu, X. B.; Deng, B. C.; Sinai, O.; Shao, Y. C.; Li, C.; Yuan, S. F.; Tran, V.; Watanabe, K.; Taniguchi, T. Nat. Commun. 2017, 8 (1), 1672. doi: 10.1038/s41467-017-01978-3

  101. [101]

       Kang, D. H.; Jeon, M. H.; Jang, S. K.; Choi, W. Y.; Kim, K. N.; Kim, J.; Lee, S.; Yeom, G. Y.; Park, J. H. ACS Photonics 2017, 4 (7), 1822. doi: 10.1021/acsphotonics.7b00398

  102. [102]

       Liu, Y.; Sun, T.; Ma, W. L.; Yu, Z. W.; B. Nanjunda, S.; Li, S. J.; Bao, Q. L. Chin. Opt. Lett. 2018, 16 (2), 020002. doi: 10.3788/col201816.030002

  103. [103]

       Hou, C. J.; Yang, L. J.; Li, B.; Zhang, Q. H.; Li, Y. F.; Yue, Q. Y.; Wang, Y.; Yang, Z.; Dong, L. X. Sensors 2018, 18 (6), 1668. doi: 10.3390/s18061668

  104. [104]

       Xiong, X.; Li, X. F.; Huang, M. Q.; Li, T. Y.; Gao, T. T.; Wu, Y. Q. IEEE Electron Device Lett. 2018, 39 (1), 127. doi: 10.1109/led.2017.2779877

  105. [105]

       Dean, C. R.; Young, A. F.; Meric, I.; Lee, C.; Wang, L.; Sorgenfrei, S.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Kim, P.; Shepard, K. L. Nat. Nanotechnol. 2010, 5 (10), 722. doi: 10.1038/nnano.2010.172

  106. [106]

       Bonaccorso, F.; Lombardo, A.; Hasan, T.; Sun, Z.; Colombo, L.; Ferrari, A. C. Mater. Today 2012, 15 (12), 564. doi: 10.1016/s1369-7021(13)70014-2

  107. [107]

       Liu, Y.; Shivananju, B. N.; Wang, Y. S.; Zhang, Y. P.; Yu, W. Z.; Xiao, S.; Sun, T.; Ma, W. L.; Mu, H. R.; Lin, S. H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (41), 36137. doi: 10.1021/acsami.7b09889

  108. [108]

       Gao, A. Y.; Liu, E.; Long, M. S.; Zhou, W.; Wang, Y. Y.; Xia, T. L.; Hu, W. D.; Wang, B. G.; Miao, F. Appl. Phys. Lett. 2016, 108 (22), 223501. doi: 10.1063/1.4953152

  109. [109]

       Yu, W. J.; Liu, Y.; Zhou, H. L.; Yin, A. X.; Li, Z.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nat. Nanotechnol. 2013, 8 (12), 952. doi: 10.1038/nnano.2013.219

  110. [110]

       Xia, F. N.; Mueller, T.; Lin, Y. M.; Valdes-Garcia, A.; Avouris, P. Nat. Nanotechnol. 2009, 4 (12), 839. doi: 10.1364/cleo.2010.cmv1

  111. [111]

       Liu, Y.; Cheng, R.; Liao, L.; Zhou, H. L.; Bai, J. W.; Liu, G.; Liu, L. X.; Huang, Y.; Duan, X. F. Nat. Commun. 2011, 2, 579. doi: 10.1038/ncomms1589

  112. [112]

       Echtermeyer, T.; Britnell, L.; Jasnos, P.; Lombardo, A.; Gorbachev, R.; Grigorenko, A.; Geim, A.; Ferrari, A.; Novoselov, K. Nat. Commun. 2011, 2, 458. doi: 10.1038/ncomms1464

  113. [113]

       Yu, W. Z.; Li, S. J.; Zhang, Y. P.; Ma, W. L.; Sun, T.; Yuan, J.; Fu, K.; Bao, Q. L. Small 2017, 13 (24), 1700268. doi: 10.1002/smll.201770130

  114. [114]

       Long, M. S.; Liu, E.; Wang, P.; Gao, A. Y.; Xia, H.; Luo, W.; Wang, B. G.; Zeng, J. W.; Fu, Y. J.; Xu, K. Nano Lett. 2016, 16 (4), 2254. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b04538

  115. [115]

       Britnell, L.; Ribeiro, R.; Eckmann, A.; Jalil, R.; Belle, B.; Mishchenko, A.; Kim, Y. J.; Gorbachev, R.; Georgiou, T.; Morozov, S. Science 2013, 340 (6138), 1311. doi: 10.1126/science.1235547

  116. [116]

       Massicotte, M.; Schmidt, P.; Vialla, F.; Schdler, K. G.; Reserbat-Plantey, A.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Tielrooij, K. J.; Koppens, F. H. Nat. Nanotechnol. 2016, 11 (1), 42. doi: 10.1038/nnano.2015.227

  117. [117]

       Zhang, K.; Fang, X.; Wang, Y. L.; Wan, Y.; Song, Q. J.; Zhai, W. H.; Li, Y. P.; Ran, G. Z.; Ye, Y.; Dai, L. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9 (6), 5392. doi: 10.1021/acsami.6b14483

  118. [118]

       Chiu, M. H.; Zhang, C. D.; Shiu, H. W.; Chuu, C. P.; Chen, C. H.; Chang, C. Y. S.; Chen, C. H.; Chou, M. Y.; Shih, C. K.; Li, L. J. Nat. Commun. 2015, 6, 7666. doi: 10.1038/ncomms8666

  119. [119]

       Hill, H. M.; Rigosi, A. F.; Rim, K. T.; Flynn, G. W.; Heinz, T. F. Nano Lett. 2016, 16 (8), 4831. doi: 10.1021/acs.nanolett.6b01007

  120. [120]

       Wilson, N. R.; Nguyen, P. V.; Seyler, K.; Rivera, P.; Marsden, A. J.; Laker, Z. P.; Constantinescu, G. C.; Kandyba, V.; Barinov, A.; Hine, N. D. Sci. Adv. 2017, 3 (2), e1601832. doi: 10.1126/sciadv.1601832

  121. [121]

       Fang, H. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014, 111, 6198. doi: 10.1073/pnas.1405435111

  122. [122]

       Chiu, M. H.; Li, M. Y. ACS Nano 2014, 8, 9649. doi: 10.1021/nn504229z

  123. [123]

       Tongay, S.; Fan, W.; Kang, J.; Park, J.; Koldemir, U.; Suh, J.; Narang, D. S.; Liu, K.; Ji, J.; Li, J. B. Nano Lett. 2014, 14 (6), 3185. doi: 10.1021/nl500515q

  124. [124]

       Ceballos, F.; Bellus, M. Z.; Chiu, H. Y.; Zhao, H. Nanoscale 2015, 7 (41), 17523. doi: 10.1039/c5nr04723d

  125. [125]

       Chen, Y.; Wang, X. D.; Wu, G. J.; Wang, Z.; Fang, H. H.; Lin, T.; Sun, S.; Shen, H.; Hu, W. D.; Wang, J. L. Small 2018, 14 (9), 1703293. doi: 10.1002/smll.201703293

  126. [126]

       Lee, C. H.; Lee, G. H.; Van Der Zande, A. M.; Chen, W. C.; Li, Y. L.; Han, M. Y.; Cui, X.; Arefe, G.; Nuckolls, C.; Heinz, T. F. Nat. Nanotechnol. 2014, 9 (9), 676. doi: 10.1038/nnano.2014.150

  127. [127]

       Deng, Y. X.; Luo, Z.; Conrad, N. J.; Liu, H.; Gong, Y. J.; Najmaei, S.; Ajayan, P. M.; Lou, J.; Xu, X. F.; Ye, P. D. ACS Nano 2014, 8 (8), 8292. doi: 10.1021/nn5027388

  128. [128]

       Yang, T. F.; Zheng, B. Y.; Wang, Z.; Xu, T.; Pan, C.; Zou, J.; Zhang, X. H.; Qi, Z. Y.; Liu, H. J.; Feng, Y. X. Nat. Commun. 2017, 8 (1), 1906. doi: 10.1038/s41467-017-02093-z

  129. [129]

       Ye, L.; Wang, P.; Luo, W. J.; Gong, F.; Liao, L.; Liu, T. D.; Tong, L.; Zang, J. F.; Xu, J. B.; Hu, W. D. Nano Energy 2017, 37, 53. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.05.004

  130. [130]

       Murali, K.; Majumdar, K. IEEE Trans. Electron Devices 2018, (99), 1. doi: 10.1109/ted.2018.2864250

  131. [131]

       Zhou, X.; Zhou, N.; Li, C.; Song, H. Y.; Zhang, Q.; Hu, X. Z.; Gan, L.; Li, H. Q.; Lü, J. T.; Luo, J. 2D Materials 2017, 4 (2), 025048. doi: 10.1088/2053-1583/aa6422

  132. [132]

       Huang, C. M.; Wu, S. F.; Sanchez, A. M.; Peters, J. J.; Beanland, R.; Ross, J. S.; Rivera, P.; Yao, W.; Cobden, D. H.; Xu, X. D. Nat. Mater. 2014, 13 (12), 1096. doi: 10.1038/nmat4064

  133. [133]

       Zeng, Z. Y.; Yin, Z. Y.; Huang, X.; Li, H.; He, Q. Y.; Lu, G.; Boey, F.; Zhang, H. Angew. Chem. 2011, 123 (47), 11289. doi: 10.1002/anie.201106004

  134. [134]

       Zeng, Z. Y.; Sun, T.; Zhu, J. X.; Huang, X.; Yin, Z. Y.; Lu, G.; Fan, Z. X.; Yan, Q. Y.; Hng, H. H.; Zhang, H. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (36), 9052. doi: 10.1002/anie.201204208

  135. [135]

       Chowdhury, R. K.; Maiti, R.; Ghorai, A.; Midya, A.; Ray, S. K. Nanoscale 2016, 8 (27), 13429. doi: 10.1039/c6nr01642a

  136. [136]

       Mukherjee, S.; Biswas, S.; Das, S.; Ray, S. Nanotechnology 2017, 28 (13), 135203. doi: 10.1088/1361-6528/aa5e42

  137. [137]

       Wang, X. M.; Cheng, Z. Z.; Xu, K.; Tsang, H. K.; Xu, J. B. Nat. Photonics 2013, 7 (11), 888. doi: 10.1038/nphoton.2013.241

  138. [138]

       Gan, X. T.; Shiue, R. J.; Gao, Y. D.; Meric, I.; Heinz, T. F.; Shepard, K.; Hone, J.; Assefa, S.; Englund, D. Nat. Photonics 2013, 7 (11), 883. doi: 10.1038/nphoton.2013.253

  139. [139]

       Mao, J.; Yu, Y. Q.; Wang, L.; Zhang, X. J.; Wang, Y. M.; Shao, Z. B.; Jie, J. S. Adv. Sci. 2016, 3 (11), 1600018. doi: 10.1002/advs.201600018

  140. [140]

       Pospischil, A.; Humer, M.; Furchi, M. M.; Bachmann, D.; Guider, R.; Fromherz, T.; Mueller, T. Nat. Photonics 2013, 7 (11), 892. doi: 10.1038/nphoton.2013.240

•