De bibliotheek van tweedimensionale (2D) gelaagde materialen blijft groeien, van basis 2D-materialen tot metaalchalcogeniden. In tegenstelling tot hun bulk-tegenhangers, hebben 2D-gelaagde materialen nieuwe functies die een groot potentieel bieden in elektronica en opto-elektronica van de volgende generatie.

Dopingengineering is een belangrijke en effectieve manier om de bijzondere eigenschappen van 2D-materialen te beheersen voor toepassing in logische circuits, sensoren en opto-elektronische apparaten. Tijdens het dopingproces moeten echter extra chemicaliën worden gebruikt, die de materialen kunnen verontreinigen. De technieken zijn alleen mogelijk bij specifieke stappen tijdens materiaalsynthese of apparaatfabricage.

In een nieuw artikel gepubliceerd in eLight , bestudeerde een team van wetenschappers onder leiding van professor Han Zhang van de Universiteit van Shenzhen en professor Paras N Prasad van de Universiteit van Buffalo de implementatie van neutronentransmutatie-doping om elektronenoverdracht te manipuleren. Hun paper, getiteld, heeft de verandering voor het eerst gedemonstreerd.

Neutronentransmutatiedoping (NTD) is een controleerbare in-situ substitutiedopingmethode die gebruik maakt van de kernreacties van thermische neutronen met de kernen van de atomen in halfgeleiders. Het biedt een nieuwe manier om opzettelijk 2D-materialen te dopen zonder extra reagentia. NTD kan in elke stap worden geïntroduceerd tijdens de fabricage van op 2D-materialen gebaseerde apparaten, of zelfs worden gebruikt na de fabricage.

NTD werd in 1975 met succes ontwikkeld voor bulkhalfgeleiders zoals Si, galliumfosfide (GaP) en indiumfosfide (InP). In 1991 konden de tin(Sn)-gerelateerde ondiepe donoren door NTD uniform in het bulkindiumselenide (InSe) kristal worden geïntroduceerd. De verdere prestatieverbetering van de op 2D gelaagde InSe gebaseerde fotodetectoren wordt beperkt door de lage dragerdichtheid van het gedoteerde InSe. Het zou fascinerend zijn als 2D-gelaagde, op InSe gebaseerde fotodetectorprestaties zouden kunnen worden gemanipuleerd en geoptimaliseerd via de "schone" methode van NTD.

Het onderzoeksteam realiseerde voor het eerst de doping van 2D gelaagde InSe via NTD. Ze verkleinden met succes de bandgap en verhoogden de elektronenmobiliteit van SN-gedoteerde gelaagde InSe, wat een aanzienlijke verbetering weerspiegelt. Ze verhoogden de veldeffect-elektronenmobiliteit van 1,92 cm ² V ^-1 s ^-1 tot 195 cm ² V ^-1 s ^-1 . Tegelijkertijd verbeterde de responsiviteit van de fotodetector met ongeveer vijftig keer tot 397 A/W.

Het onderzoeksteam is van mening dat NTD een enorme belofte inhoudt voor de toekomst van materiaalonderzoek. Het moet belangrijke nieuwe kansen in op materialen gebaseerde technologieën mogelijk maken. Volgens de NTD-methode kunnen doteerstoffen op elk moment strikt worden gecontroleerd en geïntroduceerd, wat de efficiëntie zal verbeteren. Door doping op atomair niveau kunnen onderzoekers en industrieën ervoor zorgen dat doteermiddelen precies op de juiste plaats worden geplaatst en weten ze precies wat de impact van de dotering op die locatie is. Ten slotte zou NTD kunnen worden gebruikt om mensen te beschermen, met name bij het detecteren van gassen of andere biologische problemen. + Verder verkennen

Hoogwaardige polarisatiegevoelige fotodetectoren op 2D-halfgeleider