研究速覽

■?近日，重慶理工大學(xué)馮文林教授課題組與新加坡高性能計算研究所張剛教授課題組合作，在國際知名期刊Advanced Electronic Materials上發(fā)表題為“MXene-Germanium Schottky heterostructures for ultrafast broadband self-driven photodetectors”的研究論文。該論文采用簡單滴注法制備了MXene/n-Ge肖特基異質(zhì)結(jié)光電探測器。該器件具有出色的自驅(qū)動、寬帶和超快響應(yīng)特性。具體來說，它可以在365到1550nm的光照下產(chǎn)生光響應(yīng)。在100kHz的工作頻率下，上升時間和下降時間分別為1.4和4.1μs。

Part1

▉? 研究摘要? ▉

■?新型二維層狀材料Ti3C2Tx(MXene)因其功函數(shù)可調(diào)、透光率高、導(dǎo)電性好等優(yōu)點而受到光電子應(yīng)用領(lǐng)域研究人員的青睞。在這項工作中，構(gòu)造和研究了Ti3C2Tx/n-Germanium(MXene/n-Ge)肖特基異質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過紫外光電子能譜(UPS)確定了MXene與n-Ge的肖特基接觸?；贛Xene/n-Ge肖特基結(jié)，演示和研究了一種超快、寬帶和自供電的光電探測器。MXene/n-Ge器件表現(xiàn)出從紫外到近紅外光的出色光響應(yīng)。特別是，它顯示出高的開/關(guān)比(≈104)、高響應(yīng)度(3.14A/W)、大的比探測率(2.14×1011Jones)和超快響應(yīng)速度(trise為1.4μs和tdecay為4.1μs）。此外，MXene/n-Ge肖特基異質(zhì)結(jié)光電探測器還表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫（73K）工作特性，相信這項工作將吸引更多研究人員對MXene在光電器件領(lǐng)域的關(guān)注。

Part2

▉? 研究要點1? ▉

■?作者采用HCl/LiF混合溶液刻蝕前驅(qū)體獲得MXene膠體溶液，采用簡單的滴注方式制備肖特基異質(zhì)結(jié)光電探測器。

▉? 研究要點2? ▉

■?作者通過TEM、SEM、EDS、XPS等表征手段證明了MXene被成功合成，用SEM對器件的表界面與橫截面進(jìn)行了表征，證明了器件有一個高質(zhì)量的表界面和薄膜的厚度約為744nm。

▉? 研究要點3? ▉

■?MXene/n-Ge異質(zhì)結(jié)器件在365-1550nm波段表現(xiàn)出優(yōu)異的自供電特性和光響應(yīng)，在一定的偏壓下，器件響應(yīng)度達(dá)3.14A/W,探測率為2.14×1011jones。

▉? 研究要點4? ▉

■?對器件進(jìn)行了快速響應(yīng)測試，證明了器件具有1.4和4.1μs的上升和下降時間。該項特性優(yōu)于一切目前已經(jīng)報道過的關(guān)于MXene的光電探測器。

Part3

▉? 研究總結(jié)? ▉

■?總之，作者通過簡單的滴注法制備了高質(zhì)量的MXene/n-Ge肖特基異質(zhì)結(jié)，并研究了MXene膠體濃度對異質(zhì)結(jié)性能的影響，證明了1mg/mL的MXene膠體溶液具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換性能。研制了一種高速寬帶自供電光電探測器，可在低溫(73K)下正常工作，可檢測365-1550nm的寬帶光信號。通過對光響應(yīng)的詳細(xì)探索，發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)探測器具有優(yōu)異的性能大約104開關(guān)比，3.14A/W大響應(yīng)(-20V)，超快響應(yīng)速度為1.4/4.1μs。這項研究工作對于MXene和n-Ge在未來的光電探測領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。

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