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一种在石墨烯中产生高掺杂图案的新型激光氯化工艺
2022年09月11日    新闻来源:中国化工网 okmart.com    |  投稿

近年来,电子和化学工程师设计了不同的化学掺杂技术,以控制不同材料样品中电荷载流子的符号和浓度。化学掺杂方法基本上需要将杂质引入材料或物质中以改变其电性能。

这些有前途的方法已成功应用于几种材料,包括范德瓦尔斯(vdW)材料。VdW材料是以强结合的2D层为特征的结构,其通过较弱的分散力在三维中结合。

加州大学伯克利分校(UC Berkeley)、卡夫利能源纳米科学研究所、北京理工大学、深圳大学和清华大学的研究人员最近介绍了一种新的可调可逆方法,用于化学掺杂石墨烯。发表在《自然电子》杂志上的一篇论文介绍了他们的方法,该方法基于激光辅助氯化。

Yoonsoo Rho和他的同事在论文中写道:“基于取代掺杂或表面功能化的传统方法会由于结构无序而导致电迁移率的降低,最大掺杂密度由掺杂剂的溶解度极限设定。”。“我们表明,可逆激光辅助氯化工艺可用于产生高掺杂浓度(高于3鈥壝椻€?013鈥塩m鈭?) 在迁移率下降最小的石墨烯单层中。”

为了实现他们的方法,Rho和他的同事使用了波长为位=213nm(5.8eV)。他们在流动的Cl2气体下,平行于样品表面对准该光束。

聚焦的紫外脉冲激光可以光化学解离Cl2分子,产生在石墨烯样品中扩散的Cl自由基。在他们将他们的方法应用于石墨烯样品后,研究人员收集了测量数据,以确定其对电荷载流子密度和迁移率的影响。

随后,该团队使用光热工艺去除氯掺杂剂。该工艺采用波长为的连续波(CW)绿光激光器(位=532nm(2.3eV)),其以2渭m(1/e2)。

“我们的方法使用两个激光器鈥攚第i个不同的光子能量和几何构型鈥攖Rho和他的同事在他们的论文中写道:“帽子设计用于氯化和随后的氯去除,允许在不损坏石墨烯的情况下写入和擦除高掺杂图案。”。

为了评估他们的可逆掺杂方法,该团队使用它为石墨烯基光电探测器创建了可重写的光活性结。他们发现,他们的激光辅助氯化方法导致了可饱和的超高掺杂浓度,使载流子的迁移率下降最小。此外,当移除Cl掺杂剂时,掺杂图案被完全擦除,而不会对石墨烯造成任何结构损伤。

未来,该研究团队引入的激光辅助方法可以用于在2D范德瓦尔斯材料中引入不同的掺杂元素。这又能够可逆地引入用于光电子器件的有价值的电子功能。

漏 2022科学X网络

标签:化工应用技术中心石墨烯
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