une, Illustration schématique de la synthèse et de la structure du Ti3C2Tx MXene. b, Diagramme schématique du PD proposé préparé sur le substrat de saphir à motifs. c, images optiques à fort grossissement (barre d'échelle :3 m) de la DP proposée. À l'intérieur de la boîte bleue se trouve la région de cartographie de réactivité et de photoluminescence plus fine. ré, La cartographie de réactivité à l'intérieur de la boîte bleue lorsque le PD proposé à +5V de polarisation (barre d'échelle :1 μm). La cartographie d'intensité de photoluminescence de la zone boîte bleue de la Fig. 4b aux longueurs d'onde d'interférence de Fabry-Pérot extraites de e 524,2 nm (creux), f 520,7 nm (pic), g 517,3 nm (creux) et h 513,1 nm (pic). La barre d'échelle est de 1 µm. Crédits :Lingzhi Luo, Yixuan Huang, Keming Cheng, Abdallah Alhassan, Mahdi Alqahtani, Libin Tang, Zhiming Wang, Jiang Wu
Des niveaux élevés de courant d'obscurité et de bruit ont mis les photodétecteurs métal-semiconducteur-métal (MSM) en panne pendant des années. Récemment, des scientifiques chinois ont démontré qu'en remplaçant les métaux conventionnels par du MXene, le courant d'obscurité et le bruit des photodétecteurs à puits quantiques multiples MSM peuvent être considérablement améliorés.
La prolifération de l'Internet des objets (IoT) a suscité un vif intérêt pour les photodétecteurs (PD) car ils sont largement utilisés dans la détection, détection, transport et traitement des données. Le futur IoT compatible 5G (5G-IoT) nécessitera de nouveaux critères de performance tels qu'une connectivité massive, latence ultra-faible et ultra-fiabilité pour un grand nombre d'appareils IoT. Pour répondre à ces demandes, les photodétecteurs métal-semiconducteur-métal (MSM) ont reçu beaucoup d'attention pour leur vitesse de réponse élevée, processus de fabrication simple et faisabilité de l'intégration avec la technologie des transistors à effet de champ (FET).
Cependant, le procédé de fabrication conventionnel induira des désordres chimiques et des états de défauts aux interfaces métal-semi-conducteur, entraînant un courant d'obscurité et un bruit importants. En outre, les métaux opaques sont généralement placés au-dessus de la zone d'absorption lumineuse active, qui réfléchira une partie de la lumière incidente et réduira ainsi la réactivité des photodétecteurs MSM.
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et application , une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Jiang Wu de l'Institut des sciences fondamentales et des frontières, L'Université des sciences et technologies électroniques de Chine a démontré un photodétecteur à puits quantiques multiples à base de MXene-GaN-MXene haute performance préparé sur un substrat de saphir à motifs par coulée en gouttes facile.
MXene, un nouveau type de matériaux bidimensionnels (2D) découvert en 2011, possède de nombreuses propriétés de charme, comme la conductivité métallique, flexibilité mécanique, hydrophilie, bonne transmittance et stabilité chimique, qui permettent de traiter le MXene en solution à basse température et dans des conditions ambiantes. En outre, la fonction de travail largement réglable fait du MXene un excellent candidat pour les contacts ohmiques ou Schottky avec divers matériaux semi-conducteurs. Plus important, Les matériaux 2D sont constitués de couches atomiques liées par covalence dans le plan qui interagissent faiblement les unes avec les autres dans la direction hors du plan. Lorsqu'il est déposé sur des matériaux semi-conducteurs en vrac, Les jonctions MXène-semi-conducteur van der Waals formées à l'interface sont exemptes de désordre chimique et ont moins d'états de défaut, ce qui pourrait éviter l'effet d'épinglage du niveau de Fermi et réduire les courants de tunnel inverse.
Le photodétecteur à puits quantiques multiples proposé par Jiang et al a été développé sur le substrat de saphir à motifs, qui peut favoriser le mode de surcroissance épitaxiale latérale (ELOG) et par conséquent réduire la densité de défauts dans les épicouches de GaN et le MXene a été utilisé pour remplacer les métaux conventionnels, Au/Cr. Le photodétecteur à puits quantiques multiples à base de MXene-GaN-MXene a montré une réactivité considérablement améliorée, courant d'obscurité et bruit dans la plage du spectre de la lumière bleu-vert par rapport à l'homologue conventionnel, ce qui en fait un candidat potentiel pour la détection optique et la communication sous l'eau. Les améliorations ont été attribuées aux interfaces MXene-GaN van der Waals à faible défaut. Plus intéressant, grâce aux jonctions MXene-GaN van der Waals de haute qualité, qui peut supprimer le courant d'obscurité et le bruit distinguent ainsi une variation spatiale mineure du photocourant de l'ordre du nanoampère, la focalisation et l'amélioration localisées de la lumière par le substrat de saphir à motifs ont été observées.
