热中子的核反应让二维材料的掺杂更清洁
从基础的二维材料到金属硫化物，二维层状材料库的规模一直在不断扩大。二维层状材料具备有助于二维材料的新特性，并在下一代电子和光电子器件的研发中具备巨大潜力。
掺杂工艺是控制二维材料特殊性质的有效方法，可应用于逻辑电路、传感器和光电器件。然而，掺杂必须使用额外的化学物质，可能会对材料造成污染。这项技术过往只能在材料合成或器件制造过程中的特定步骤实现。
在eLight发表的一篇新论文中，由深圳大学张晗教授和布法罗大学 Paras N Prasad 教授领导的科学家团队了通过中子嬗变掺杂来操纵电子转移。他们题为In-Situ Neutron-transmutation for Substitutional Doping in 2D layeredium Selenide Based Phototransistor的论文首次展示了这一变化。
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中子嬗变掺杂（NTD）是一种可控的原位置换掺杂工艺，利用的是热中子与半导体中原子核之间的核反应。这种工艺提供了一种无需额外试剂即可掺杂二维材料。它可以被引入到二维材料器件制造过程中的任何步骤，即使在制造完成后也同样可用。
NTD工艺诞生于1975年，应用于硅（Si）、磷化镓（GaP）和磷化铟（InP）等体相半导体。1991年，与锡（Sn）相关的浅施主已经能够通过NTD工艺均匀地引入到块状硒化铟（InSe）晶体中。然而，掺杂硒化铟的载流子密度较低，基于二维层状硒化铟的光电探测器的进一步性能改进。如果可以通过“清洁”方法操纵和优化光电探测器的性能，那么NTD将成为一项极具吸引力的工艺。
a) 二维硒化铟的嬗变掺杂方案，包括捕获热中子以及γ和β粒子的衰变；b) 二维硒化铟器件的方案；c) 嬗变前后器件的时间响应 | 参考文献[1]
研究团队首次实现通过NTD掺杂二维层状硒化铟。他们成功地缩小了带隙并增加了锡掺杂层状硒化铟的电子迁移率，将场效应电子迁移率从 1.92cm2·V-1·s-1 提高到195cm2·V-1·s-1。同时，光电探测器的响应度提高了约 50 倍，达到了397 A/W。
研究团队认为，NTD工艺具有巨大的应用前景，它将为材料技术带来新的重大机遇。NTD工艺可以随时控制和引入掺杂剂，提高器件效率。通过在原子层面上进行掺杂，研究人员可以确保掺杂剂处于正确位置，并精确评估掺杂剂在该位置的影响。同时，NTD工艺还可用于保护人员安全。
参考文献
[1]Guo, Z., Zeng, Y., Meng, F. et al. In-situ neutron-transmutation for substitutional doping in 2D layered indium selenide based phototransistor. eLight 2, 9 (2022). https://doi.org/10.1186/s43593-022-00017-z
[2] https://www.eurekalert.org/news-releases/954658
编译：矩阵星
编辑：靳小明
排版：尹宁流
题图来源：参考文献[1]
研究团队
通讯作者 张晗，教授/博士生导师，国家青年人才、国家优青、OSA Fellow、RSC fellow、全球高被引科学家（2018-2021年）。曾/正担任National Science Review、Photonics Research、Nano-photonics、Ultrafast Science、《中国激光》《光子学报》等期刊编委或客座编委。长期从事二维光电材料与功能器件研究，以通讯作者发表中科院一区学术论文超过100篇，包括PNAS 1篇、Science Advance 1篇、Nature Communications 4篇、Light Science & Applications1篇、National Science Review 1篇、Advanced Materials 15篇等。以第一作者撰写英文著作Semiconducting Black Phosphorus（Taylor & Francis Group 2021）。4篇论文入选中国百篇最具影响国际学术论文，PNAS论文入选2018年中国光学十大进展-应用研究类，160篇论文引用过百次，ESI高被引论文110篇。全部论文被国内外同行他引超过5万次，H指数130。
论文信息
发布期刊eLight
发布时间 2022年06月06日
论文标题In-situ neutron-transmutation for substitutional doping in 2D layered indium selenide based phototransistor
（DOI：https://doi.org/10.1186/s43593-022-00017-z）
文章领域 二维光电材料
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