Los altos niveles de corriente oscura y ruido han afectado a los fotodetectores metal-semiconductor-metal (MSM) durante años. Recientemente, científicos en China demostraron que al reemplazar los metales convencionales con MXene, La corriente oscura y el ruido de los fotodetectores de pozos cuánticos múltiples de MSM se pueden mejorar significativamente.

La proliferación de Internet de las cosas (IoT) ha despertado un gran interés en los fotodetectores (DP), ya que se utilizan ampliamente en la detección, detección, transporte y procesamiento de datos. El próximo IoT habilitado para 5G (5G-IoT) requerirá nuevos criterios de rendimiento, como conectividad masiva, latencia ultrabaja y ultrafiabilidad para una gran cantidad de dispositivos IoT. Para satisfacer estas demandas, Los fotodetectores metal-semiconductor-metal (MSM) han recibido mucha atención por su alta velocidad de respuesta, proceso de fabricación simple y viabilidad de integración con tecnología de transistores de efecto de campo (FET).

Sin embargo, el proceso de fabricación convencional inducirá desórdenes químicos y estados de defectos en las interfaces metal-semiconductor, lo que conduce a una corriente oscura y un ruido significativos. Adicionalmente, Los metales opacos generalmente se colocan en la parte superior de la región de absorción de luz activa, que reflejará parte de la luz incidente y reducirá así la capacidad de respuesta de los fotodetectores MSM.

En un nuevo artículo publicado en Ciencia y aplicación de la luz , un equipo de científicos dirigido por el profesor Jiang Wu del Instituto de Ciencias Fundamentales y Fronterizas, La Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China ha demostrado un fotodetector de pozos cuánticos múltiples basado en MXene-GaN-MXene de alto rendimiento preparado sobre un sustrato de zafiro estampado mediante una fácil fundición.

MXene, un nuevo tipo de materiales bidimensionales (2D) descubierto en 2011, tiene muchas propiedades con encanto, como la conductividad metálica, flexibilidad mecánica, hidrofilia, buena transmitancia y estabilidad química, que permiten procesar MXene en solución a bajas temperaturas y en condiciones ambientales. Adicionalmente, la función de trabajo ampliamente sintonizable convierte a MXene en un gran candidato para contactos óhmicos o Schottky con varios materiales semiconductores. Más importante, Los materiales 2D consisten en capas atómicas unidas covalentemente en el plano que interactúan débilmente entre sí en la dirección fuera del plano. Cuando se deposita sobre materiales semiconductores a granel, Las uniones de van der Waals del semiconductor MXene formadas en la interfaz están libres de desorden químico y tienen menos estados de defecto, lo que podría evitar el efecto de fijación del nivel de Fermi y reducir las corrientes de túnel inversas.

El fotodetector de pozos cuánticos múltiples propuesto por Jiang et al se cultivó en el sustrato de zafiro estampado, que puede promover el modo de sobrecrecimiento lateral epitaxial (ELOG) y, en consecuencia, reducir la densidad de defectos en las depiladoras de GaN y se empleó MXene para reemplazar los metales convencionales, Au / Cr. El fotodetector de pozos cuánticos múltiples basado en MXene-GaN-MXene mostró una capacidad de respuesta significativamente mejorada, corriente oscura y ruido en el rango del espectro de luz azul-verde en comparación con la contraparte convencional, lo que lo convierte en un candidato potencial para la detección y comunicación ópticas bajo el agua. Las mejoras se atribuyeron a las interfaces MXene-GaN van der Waals de bajo defecto. Más interesante aún, gracias a las uniones de alta calidad MXene-GaN van der Waals, que puede suprimir la corriente oscura y el ruido, por lo tanto, distinguir una variación espacial menor de la fotocorriente en el orden de nanoamperios, Se observó el enfoque de la luz localizada y la mejora por el sustrato de zafiro estampado.