Altos níveis de corrente escura e ruído afetaram fotodetectores de metal semicondutor (MSM) por anos. Recentemente, cientistas na China demonstraram que, ao substituir metais convencionais por MXene, a corrente escura e o ruído de fotodetectores de poços quânticos múltiplos MSM podem ser melhorados significativamente.

A proliferação da Internet das Coisas (IoT) despertou intenso interesse de fotodetectores (PD), uma vez que são amplamente utilizados em detecção, detecção, transporte e processamento de dados. A próxima IoT habilitada para 5G (5G-IoT) exigirá novos critérios de desempenho, como conectividade massiva, latência ultrabaixa e ultraconfiabilidade para um grande número de dispositivos IoT. Para atender a essas demandas, os fotodetectores de metal semicondutor de metal (MSM) têm recebido muita atenção por sua alta velocidade de resposta, processo de fabricação simples e viabilidade de integração com a tecnologia de transistor de efeito de campo (FET).

Contudo, o processo de fabricação convencional irá induzir desordem química e estados de defeito nas interfaces metal-semicondutor, levando a uma significativa corrente escura e ruído. Adicionalmente, metais opacos são geralmente colocados no topo da região de absorção de luz ativa, que refletirá parte da luz incidente e, assim, reduzirá a responsividade dos fotodetectores MSM.

Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicação , uma equipe de cientistas liderada pelo professor Jiang Wu do Instituto de Ciências Fundamentais e de Fronteira, A Universidade de Ciência Eletrônica e Tecnologia da China demonstrou um fotodetector de poços quânticos múltiplos com base em MXene-GaN-MXene de alto desempenho, preparado em substrato de safira padronizado por fácil fundição por gota.

MXene, um novo tipo de material bidimensional (2D) descoberto em 2011, tem muitas propriedades charmosas, como condutividade metálica, flexibilidade mecânica, hidrofilia, boa transmitância e estabilidade química, que permitem que o MXene seja processado em solução em baixas temperaturas e sob condições ambientais. Adicionalmente, a função de trabalho amplamente ajustável torna o MXene um ótimo candidato para contatos ôhmicos ou Schottky com vários materiais semicondutores. Mais importante, Os materiais 2D consistem em camadas atômicas ligadas covalentemente no plano que interagem fracamente umas com as outras na direção fora do plano. Quando depositado em materiais semicondutores a granel, As junções MXene-semicondutor van der Waals formadas na interface são livres de desordem química e têm menos estados de defeito, o que poderia evitar o efeito de fixação do nível de Fermi e reduzir as correntes reversas de tunelamento.

O fotodetector de poços quânticos múltiplos proposto por Jiang et al foi cultivado no substrato de safira padronizado, que pode promover o modo de supercrescimento lateral epitaxial (ELOG) e, consequentemente, reduzir a densidade do defeito em epilayers de GaN e o MXene foi empregado para substituir os metais convencionais, Au / Cr. O fotodetector de poços quânticos múltiplos baseado em MXene-GaN-MXene mostrou responsividade significativamente melhorada, corrente escura e ruído na faixa do espectro de luz azul-verde em comparação com a contraparte convencional, tornando-o um candidato potencial para detecção e comunicação óptica subaquática. As melhorias foram atribuídas às interfaces MXene-GaN van der Waals de baixo defeito. Mais interessante, graças às junções MXene-GaN van der Waals de alta qualidade, que pode suprimir a corrente escura e o ruído, portanto, distinguir a menor variação espacial da fotocorrente na ordem dos nanoamperes, o foco de luz localizada e o realce pelo substrato de safira padronizado foram observados.