光电探测 | Advanced Electronic Materials | MXene用于探测器透明电极

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研究速览

■ 近日，重庆理工大学冯文林教授课题组与新加坡高性能计算研究所张刚教授课题组合作，在国际知名期刊Advanced Electronic Materials上发表题为“MXene-Germanium Schottky heterostructures for ultrafast broadband self-driven photodetectors”的研究论文。该论文采用简单滴注法制备了MXene/n-Ge肖特基异质结光电探测器。该器件具有出色的自驱动、宽带和超快响应特性。具体来说，它可以在365到1550nm的光照下产生光响应。在100kHz的工作频率下，上升时间和下降时间分别为1.4和4.1µs。

Part1

▉  研究摘要  ▉

■ 新型二维层状材料Ti3C2Tx(MXene)因其功函数可调、透光率高、导电性好等优点而受到光电子应用领域研究人员的青睐。在这项工作中，构造和研究了Ti3C2Tx/n-Germanium(MXene/n-Ge)肖特基异质结构。通过紫外光电子能谱(UPS)确定了MXene与n-Ge的肖特基接触。基于MXene/n-Ge肖特基结，演示和研究了一种超快、宽带和自供电的光电探测器。MXene/n-Ge器件表现出从紫外到近红外光的出色光响应。特别是，它显示出高的开/关比(≈104)、高响应度(3.14A/W)、大的比探测率(2.14×1011Jones)和超快响应速度(trise为1.4µs和tdecay为4.1µs）。此外，MXene/n-Ge肖特基异质结光电探测器还表现出优异的低温（73K）工作特性，相信这项工作将吸引更多研究人员对MXene在光电器件领域的关注。

Part2

▉  研究要点1  ▉

■ 作者采用HCl/LiF混合溶液刻蚀前驱体获得MXene胶体溶液，采用简单的滴注方式制备肖特基异质结光电探测器。

▉  研究要点2  ▉

■ 作者通过TEM、SEM、EDS、XPS等表征手段证明了MXene被成功合成，用SEM对器件的表界面与横截面进行了表征，证明了器件有一个高质量的表界面和薄膜的厚度约为744nm。

▉  研究要点3  ▉

■ MXene/n-Ge异质结器件在365-1550nm波段表现出优异的自供电特性和光响应，在一定的偏压下，器件响应度达3.14A/W,探测率为2.14×1011jones。

▉  研究要点4  ▉

■ 对器件进行了快速响应测试，证明了器件具有1.4和4.1µs的上升和下降时间。该项特性优于一切目前已经报道过的关于MXene的光电探测器。

Part3

▉  研究总结  ▉

■ 总之，作者通过简单的滴注法制备了高质量的MXene/n-Ge肖特基异质结，并研究了MXene胶体浓度对异质结性能的影响，证明了1mg/mL的MXene胶体溶液具有优异的光电转换性能。研制了一种高速宽带自供电光电探测器，可在低温(73K)下正常工作，可检测365-1550nm的宽带光信号。通过对光响应的详细探索，发现异质结探测器具有优异的性能大约104开关比，3.14A/W大响应(-20V)，超快响应速度为1.4/4.1µs。这项研究工作对于MXene和n-Ge在未来的光电探测领域具有潜在的应用价值。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aelm.202200620