Исследователи из лаборатории Беркли и Калифорнийского университета в Беркли продемонстрировали метод, с помощью которого электронные свойства гетероструктур GBN могут быть изменены с помощью видимого света. Фэн Ван, физик в области конденсированных сред из Отделения материаловедения лаборатории Беркли и Отдела физики Калифорнийского университета в Беркли, а также исследователь из Института энергетических нанонаук Кавли в Беркли, провел исследование, в котором фотоиндуцированное легирование гетероструктур GBN использовалось для создания pn-структур. переходы и другие полезные профили легирования при сохранении исключительно высокой подвижности электронов материала.«Мы продемонстрировали, что видимый свет может вызывать устойчивую запись и стирание легирования заряда в гетероструктурах GBN без ущерба для высокой подвижности носителей заряда», — говорит Ван. «Использование видимого света дает нам невероятную гибкость и, в отличие от электростатического стробирования и химического легирования, не требует многоступенчатых процессов изготовления, которые снижают качество образца.
Кроме того, можно по желанию создавать и стирать различные рисунки, что было невозможно с легированием. методы, ранее использовавшиеся на гетероструктурах GBN ".Графен представляет собой одинарный слой атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке. Нитрид бора представляет собой слоистое соединение, которое имеет аналогичную гексагональную решетку — на самом деле гексагональный нитрид бора иногда называют «белым графеном». Связанные вместе относительно слабым межмолекулярным притяжением, известным как сила Ван-дер-Ваальса, гетероструктуры GBN показали высокий потенциал в качестве платформ не только для транзисторов с высокой подвижностью электронов, но и для оптоэлектронных приложений, включая фотодетекторы и фотоэлектрические элементы.
Ключом к будущему успеху будет возможность легирования этих материалов коммерчески масштабируемым способом. Техника фотоиндуцированного модулирующего легирования, разработанная Вангом и большой группой сотрудников, отвечает этому требованию, поскольку она сопоставима со схемами фотолитографии, широко используемыми сегодня для массового производства в полупроводниковой промышленности. Освещение гетероструктуры GBN даже просто лампой накаливания может изменить перенос электронов в слое графена, вызывая распределение положительного заряда в слое нитрида бора, которое становится фиксированным при выключении освещения.«Мы показали, что это фотоиндуцированное легирование возникает из-за микроскопически связанных оптических и электрических откликов в гетероструктурах GBN, включая оптическое возбуждение дефектных переходов в нитриде бора, электрический перенос в графене и перенос заряда между нитридом бора и графеном», Ван говорит. «Это аналог модуляционного легирования, впервые разработанного для высококачественных полупроводников».
Хотя фотоиндуцированное модулирующее легирование гетероструктур GBN длилось всего несколько дней, если образец находился в темноте — дальнейшее воздействие света стирало эффект — это не проблема, как объясняет Ван.«Несколько дней модулирующего допирования достаточно для многих направлений научных исследований, а для некоторых приложений устройств возможность перезаписи, которую мы можем обеспечить, необходима больше, чем долговременная стабильность», — говорит он. «На данный момент у нас есть простой метод неоднородного легирования высокоподвижного графенового материала, который открывает двери для новых научных исследований и применений».
Статья об этом исследовании была опубликована в журнале Nature Nanotechnology под названием «Фотоиндуцированное легирование в гетероструктурах графена и нитрида бора».