科研人员在对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2 m（图1）。基于此，结合硅（Si）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 1014Jones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（图2）。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（图3），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（图4）。该工作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。
该工作由中科院金属所孙东明-成会明课题组、王晓辉课题组、南京大学王肖沐课题组、燕山大学张洪旺课题组、中科院苏州纳米所邱松-李清文课题组等单位合作完成。中科院金属所博士生李波、朱钱兵和崔聪为文章的共同第一作者。该研究计划得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院先导项目和沈阳材料科学国家研究中心等项目支持。
图1. Ti3C2Tx/Si 光电探测器。a. 4英寸晶圆的图案化Ti3C2Tx薄膜。 b. Ti3C2Tx薄膜的光镜图像（比例尺：2.5 mm）。 插图：薄膜的SEM图像（比例尺：10 m）。c. 光电探测器结构示意图。 d. 光电探测器横截面TEM图像（比例尺：10 nm）。 e. 放大的界面TEM图像（比例尺：4 nm）。 f. 光电探测器的光响应特性。
图2. Ti3C2Tx/Si光电探测器的光电特性。 a. 光电探测器能带示意图。 b. 响应度、探测度随激光功率密度的变化。c. 光开关响应。d. 光电探测器响应时间。e. MXene光电探测器性能对比。
图3. 光电探测器阵列像素单元。 a. 像素单元的光镜照片（比例尺：50 m）。 b. 像素单元工作模式真值表。 c. 像素单元的伏安特性。 d. 像素单元对控制电压和光照的响应。
图4. 光电探测器阵列。a. 1024像素阵列的光镜图像（比例尺：3.25 mm）。 b. 探测器阵列电路图。c. 测试系统。d. 基本架构。e. 像素单元的光响应。f. 探测器阵列的成像。
