Alti livelli di corrente oscura e rumore hanno danneggiato per anni i fotorivelatori metallo-semiconduttore-metallo (MSM). Recentemente, scienziati in Cina hanno dimostrato che sostituendo i metalli convenzionali con MXene, la corrente oscura e il rumore dei fotorivelatori a pozzetti quantistici multipli MSM possono essere notevolmente migliorati.

La proliferazione dell'Internet of Things (IoT) ha suscitato un intenso interesse per i fotorivelatori (PD) poiché sono ampiamente utilizzati nel rilevamento, rilevamento, trasporto ed elaborazione dei dati. Il prossimo IoT abilitato al 5G (5G-IoT) richiederà nuovi criteri di prestazione come connettività massiccia, latenza ultrabassa e ultra-affidabilità per un numero enorme di dispositivi IoT. Per soddisfare queste richieste, i fotorilevatori metallo-semiconduttore-metallo (MSM) hanno ricevuto molta attenzione per la loro elevata velocità di risposta, semplice processo di fabbricazione e fattibilità dell'integrazione con la tecnologia dei transistor ad effetto di campo (FET).

Però, il processo di fabbricazione convenzionale indurrà disordini chimici e stati di difetto alle interfacce metallo-semiconduttore, portando a una significativa corrente oscura e rumore. Inoltre, i metalli opachi sono solitamente posizionati sopra la regione di assorbimento della luce attiva, che rifletterà parte della luce incidente e quindi ridurrà la reattività dei fotorivelatori MSM.

In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazione della luce , un team di scienziati guidati dal professor Jiang Wu dell'Istituto di scienze fondamentali e di frontiera, L'Università di Scienze e Tecnologie Elettroniche della Cina ha dimostrato un fotorivelatore multiplo a pozzetti quantistici ad alte prestazioni basato su MXene-GaN-MXene preparato su un substrato di zaffiro modellato mediante una facile colata a goccia.

MXene, un nuovo tipo di materiali bidimensionali (2D) scoperto nel 2011, ha molte proprietà affascinanti, come la conduttività metallica, flessibilità meccanica, idrofilia, buona trasmittanza e stabilità chimica, che consentono di processare MXene in soluzione a basse temperature e in condizioni ambientali. Inoltre, la funzione di lavoro ampiamente sintonizzabile rende MXene un ottimo candidato per contatti ohmici o Schottky con vari materiali semiconduttori. Ma ancora più importante, I materiali 2D sono costituiti da strati atomici legati covalentemente nel piano che interagiscono debolmente tra loro nella direzione fuori dal piano. Quando depositato su materiali semiconduttori sfusi, Le giunzioni van der Waals MXene-semiconduttore formate all'interfaccia sono prive di disordine chimico e hanno meno stati di difetto, che potrebbe evitare l'effetto di pinning del livello di Fermi e ridurre le correnti di tunneling inverso.

Il fotorivelatore a pozzetti quantistici multipli proposto da Jiang et al è stato coltivato sul substrato di zaffiro modellato, che può promuovere la modalità di crescita eccessiva laterale epitassiale (ELOG) e di conseguenza ridurre la densità dei difetti negli epistrati di GaN e il MXene è stato impiegato per sostituire i metalli convenzionali, Au/Cr. Il fotorilevatore a pozzetti quantistici multipli basato su MXene-GaN-MXene ha mostrato una reattività significativamente migliorata, corrente oscura e rumore nella gamma dello spettro di luce blu-verde rispetto alla controparte convenzionale, rendendolo un potenziale candidato per il rilevamento e la comunicazione ottica sott'acqua. I miglioramenti sono stati attribuiti alle interfacce MXene-GaN van der Waals a basso difetto. Più interessante, grazie alle giunzioni di alta qualità MXene-GaN van der Waals, che può sopprimere la corrente oscura e il rumore, quindi distinguere piccole variazioni spaziali della fotocorrente nell'ordine dei nanoampere, sono stati osservati la focalizzazione della luce localizzata e il miglioramento da parte del substrato di zaffiro modellato.