Two-dimensional (2D) tellurium (Te) is emerging as a promising p-type candidate for constructing complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) architectures. However, its small bandgap leads to a high leakage current and a low on/off current ratio. Although alloying Te with selenium (Se) can tune its bandgap, thermally evaporated SexTe1–x thin films often suffer from grain boundaries and high-density defects. Herein, we introduce a precursor-confined chemical vapor deposition (CVD) method for synthesizing single-crystalline SexTe1–x alloy nanosheets. These nanosheets, with tunable compositions, are ideal for high-performance field-effect transistors (FETs) and 2D inverters. The preformation of Se–Te frameworks in our developed CVD method plays a critical role in the growth of SexTe1–x nanosheets with high crystallinity. Optimizing the Se composition resulted in a Se0.30Te0.70 nanosheet-based p-type FET with a large on/off current ratio of 4 × 105 and a room-temperature hole mobility of 120 cm2·V–1·s–1, being eight times higher than thermally evaporated SexTe1–x with similar composition and thickness. Moreover, we successfully fabricated an inverter based on p-type Se0.30Te0.70 and n-type MoS2 nanosheets, demonstrating a typical voltage transfer curve with a gain of 30 at an operation voltage of Vdd = 3 V.

Abstract In this era of artificial intelligence and Internet of Things, emerging new computing paradigms such as in‐sensor and in‐memory computing call for both structurally simple and multifunctional memory devices. Although emerging two‐dimensional (2D) memory devices provide promising solutions, the most reported devices either suffer from single functionalities or structural complexity. Here, this work reports a reconfigurable memory device (RMD) based on MoS 2 /CuInP 2 S 6 heterostructure, which integrates the defect engineering‐enabled interlayer defects and the ferroelectric polarization in CuInP 2 S 6 , to realize a simplified structure device for all‐in‐one sensing, memory and computing. The plasma treatment‐induced defect engineering of the CuInP 2 S 6 nanosheet effectively increases the interlayer defect density, which significantly enhances the charge‐trapping ability in synergy with ferroelectric properties. The reported device not only can serve as a non‐volatile electronic memory device, but also can be reconfigured into optoelectronic memory mode or synaptic mode after controlling the ferroelectric polarization states in CuInP 2 S 6 . When operated in optoelectronic memory mode, the all‐in‐one RMD could diagnose ophthalmic disease by segmenting vasculature within biological retinas. On the other hand, operating as an optoelectronic synapse, this work showcases in‐sensor reservoir computing for gesture recognition with high energy efficiency.

Tellurium (Te) has been rediscovered as an appealing p-type van der Waals semiconductor for constructing various advanced devices. Its unique crystal structure of stacking of one-dimensional molecular chains endows it with many intriguing properties including high hole mobilities at room temperature, thickness-dependent bandgap covering short-wave infrared and mid-wave infrared region, thermoelectric properties, and considerable air stability. These attractive features encourage it to be exploited in designing a wide variety of optoelectronics, especially infrared photodetectors. In this Perspective, we highlight the important recent progress of optoelectronics enabled by Te nanostructures, which constitutes the scope of photoconductive, photovoltaic, photothermoelectric photodetectors, large-scale photodetector array, and optoelectronic memory devices. Prior to that, we give a brief overview of basic optoelectronic-related properties of Te to provide readers with the knowledge foundation and imaginative space for subsequent device design. Finally, we provide our personal insight on the challenges and future directions of this field, with the intention to inspire more revolutionary developments in Te-based optoelectronics.