【会员论文】南邮唐为华团队&内蒙古大学&浙江理工大学：费米能级无钉扎二维混合MXene/β氧化镓范德华极化敏感SBD

        由南京邮电大学唐为华教授团队联合内蒙古大学、浙江理工大学在学术期刊 Laser & Photonics Reviews 发布了一篇名为 Fermi-Level Pinning-Free 2D Hybrid MXene/β-Ga₂O₃ van der Waals Polarization-Sensitive Schottky Photodiodes（费米能级无钉扎二维混合 MXene/β-Ga₂O₃ 范德华极化敏感肖特基光电二极管）的文章。

        深紫外（DUV）光电探测器是固态光电系统中的核心组件，在深空探测、环境监测和物联网（IoT）等领域具有重要应用价值。传统金属-半导体（MS）界面普遍存在费米能级（FL）钉扎效应，导致肖特基势垒高度（SBH）难以通过金属功函调节，严重限制了器件的电学和光电性能。β-Ga₂O₃ 作为超宽禁带半导体，其 FL 易受缺陷影响而偏离理论值，导致响应速度慢和暗电流高。引入二维材料 MXenes 作为肖特基接触电极，利用其可调的功函和范德华（vdW）接触特性，有望减轻或消除 FL 钉扎，从而提升器件性能。

        金属-半导体（MS）界面在电子和光电子器件中起着关键作用，其中费米能级（FL）钉扎是形成肖特基势垒的主要机制。该界面处的电子态和缺陷会显著影响载流子传输特性。传统金属电极常引入强烈的费米能级钉扎效应，限制器件性能。因此亟需构建低接触电阻且费米能级钉扎效应弱的MS界面。本文提出一种高性能 MXene/β-Ga₂O₃ 范德华（vdW）肖特基光电二极管。独特的 MXene/β-Ga₂O₃ 界面通过实现 0.995 的钉扎因子显著缓解了弗里德曼钉扎效应，该数值已逼近肖特基-莫特极限。在此条件下，该范德华肖特基光电二极管的整流比接近10⁹，反向漏电流仅约 10^-12 A。该光电二极管展现出卓越的自供电光响应特性：上升/下降时间分别为 0.27 毫秒和 0.29 毫秒，响应度达 125.1 毫安/瓦。值得注意的是，该器件在零偏压下呈现线性二色比为 7.1 的偏振敏感光探测能力。这些发现凸显了 MXene/β-Ga₂O₃ 范德华肖特基光电二极管在下一代深紫外（DUV）光电子技术中的应用前景，其卓越性能有望推动物联网及节能系统领域的创新应用。

        研究团队提出的 Ti₃C₂T_X/β-Ga₂O₃ 范德华肖特基光电二极管解决了磁性薄膜接触中长期存在的 FL 钉扎效应难题。与 Ni/β-Ga₂O₃ 接触相比，Ti₃C₂T_X/β-Ga₂O₃ 范德华接触的 D_it 值降低约 10 倍。本器件的 S 值已逼近 Schottky–Mott 极限。这一关键性突破显著提升了响应速度，使器件在动态场景中能以更高效率和精度运行。除速度优势外，该器件在深紫外偏振光检测领域展现出卓越性能，成功实现了高质量深紫外偏振光检测成像。更值得关注的是，该器件凭借其全面的先进特性与可靠性能，完全能够满足现代人工智能系统日益严苛且不断演进的需求。其快速信息处理能力、精准检测特殊光信号的能力以及生成清晰成像数据的能力，为新一代人工智能技术开辟了崭新道路。

        本研究得到国家自然科学基金联合基金（U23A20349）、国家自然科学基金（62204125、62305171、 62564011、62501320），苏州市重点科技项目（SYG2024003），江苏省创新创业团队（JSSCTD202351）， 内蒙古自治区高校创新研究团队建设项目（NMGIRT2503）、内蒙古自治区科研启动基金（21700-252904、21700-252905）、 内蒙古大学引进高层次人才“骏马计划”（10000-A24199006、10000-A24106015），以及内蒙古大学2025年度实验技术研究项目（自制与改造设备项目）（SYJS2025004） 。