科技日报记者 郝晓明
二维过渡金属碳化物和氮化物迈克烯（MXene）被公认为在电子和光电器件中具有重要应用潜力。然而，已报道的MXene薄膜的图案化方法难以兼顾效率、分辨率和与主流硅工艺的兼容性。记者从中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心获悉，该中心科研人员与国内多家单位科研团队合作，通过设计MXene材料的离心、旋涂、光刻和蚀刻工艺，提出了一种具有微米级分辨率的晶圆级MXene薄膜图案化方法，并构筑了1024高像素密度光电探测器阵列。
据介绍，该阵列具有优异的均匀性、高分辨率成像能力、迄今为止最高的MXene光电探测器的探测度。该项研究将促进兼容主流半导体工艺的大规模高性能MXene电子学的发展，研究成果近日在《先进材料》上在线发表。
据介绍，电子束光刻法可以实现较高的图案分辨率，但效率较低，不适用于大面积图案化；直接写入、激光蚀刻和喷墨印刷等其他图案化方法速度较快，但通常缺乏足够的分辨率。科研人员介绍，在对Ti3C2Tx溶液离心工艺和衬底亲水性进行优化后，采用旋涂法制备了4英寸MXene薄膜，并通过优化半导体光刻和干法刻蚀工艺实现了晶圆级MXene薄膜的图案化，精度达到2μm。基于此，结合硅的光电性能，科研人员制备了MXene/Si肖特基结光电探测器，实现了高达7.73×1014 Jones的探测度以及6.22×106的明暗电流比，为目前所报道的MXene光电探测器的最高性能。使用碳纳米管晶体管作为选通开关，科研人员制备了1晶体管-1探测器（1T1P）的像素单元，并成功构筑了具有1024像素的高分辨率光电探测器阵列，为目前最大的MXene功能阵列。
标签： 光电探测器
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