På senare år har elektronik- och kemiingenjörer tagit fram olika kemiska dopningstekniker för att kontrollera tecken och koncentration av laddningsbärare i olika materialprover. Kemiska dopningsmetoder innebär i huvudsak att föroreningar införs i material eller ämnen för att ändra deras elektriska egenskaper.

Dessa lovande metoder har framgångsrikt tillämpats på flera material inklusive van der Waals (vdW) material. VdW-material är strukturer som kännetecknas av starkt bundna 2D-lager, som är bundna i den tredje dimensionen genom svagare spridningskrafter.

Forskare vid University of California, Berkeley (UC Berkeley), Kavli Energy Nanosciences Institute, Beijing Institute of Technology, Shenzhen University, Tsinghua University introducerade nyligen en ny avstämbar och reversibel metod för att kemiskt dopa grafen. Deras tillvägagångssätt, introducerade i en artikel publicerad i Nature Electronics , är baserad på laserassisterad klorering.

"Konventionella metoder baserade på substitutionsdopning eller ytfunktionalisering resulterar i försämring av elektrisk rörlighet på grund av strukturell störning, och den maximala dopningstätheten bestäms av löslighetsgränsen för dopningsmedel", skrev Yoonsoo Rho och hans kollegor i sin uppsats. "Vi visar att en reversibel laserassisterad kloreringsprocess kan användas för att skapa höga dopningskoncentrationer (över 3 × 10 ¹³ cm ⁻² ) i grafenmonoskikt med minimala fall i rörlighet."

För att implementera deras tillvägagångssätt använde Rho och hans kollegor en ultraviolett (UV) nanosekundlaserstråle, med en våglängd på λ=213 nm (5,8 eV). De riktade in denna stråle parallellt med ytan av deras prov, under en strömmande Cl₂ gas.

Den fokuserade UV-pulsade lasern kan fotokemiskt dissociera Cl₂ molekyler som genererar Cl-radikler som diffunderar genom grafenprovet. Efter att de tillämpat sin metod på ett grafenprov, samlade forskarna in mätningar för att fastställa dess effekter på laddningsbärarnas densitet och rörlighet.

Därefter använde teamet en fototermisk process för att avlägsna Cl-dopningsmedlet. Denna process använde en grön laser med kontinuerlig våg (CW) med en våglängd på (λ=532 nm (2,3 eV)), som applicerades i normal riktning med en brännvidd på 2 μm (1/e2 ).

"Vårt tillvägagångssätt använder två lasrar - med distinkta fotonenergier och geometriska konfigurationer - som är designade för klorering och efterföljande kloravlägsnande, vilket gör att mycket dopade mönster kan skrivas och raderas utan att skada grafenet", skrev Rho och hans kollegor i sin tidning.

För att utvärdera deras reversibla dopningsmetod använde teamet den för att skapa omskrivbara fotoaktiva korsningar för grafenbaserade fotodetektorer. De fann att deras laserassisterade kloreringsmetod resulterade i mättbara ultrahöga dopningskoncentrationer, vilket gav en minimal minskning av laddningsbärarnas rörlighet. Dessutom, när Cl-dopmedlet avlägsnades, raderades de dopade mönstren helt, utan att orsaka någon strukturell skada på grafenet.

I framtiden kan det laserstödda tillvägagångssättet som introducerats av detta team av forskare användas för att introducera olika dopningselement i 2D van der Waals-material. Detta skulle i sin tur möjliggöra ett reversibelt införande av värdefulla elektroniska funktioner för optoelektroniska enheter. + Utforska vidare

Ren dopningsstrategi ger mer responsiva fototransistorer

© 2022 Science X Network