水平石墨烯pn異質結陣列構建及其光電探測研究獲進展

　　傳統半導體p-n異質結是雙極型晶體管和場效應晶體管的核心結構，是現代集成電路技術的基礎。同樣，構建石墨烯p-n異質結也是未來發展基于石墨烯的集成電路和光電探測技術的關鍵。由于石墨烯材料單原子層厚度的限制，難以通過傳統集成電路制造工藝中的離子注入技術，實現石墨烯材料的可控摻雜。另外，原位生長摻雜、化學修飾摻雜等技術又難以實現p-n異質結所需的選區摻雜。因此，實現石墨烯可控性摻雜（摻雜種類、濃度和區域），進而構建高質量石墨烯p-n異質結陣列存在挑戰。

　　 中國科學院上海微系統與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室高端硅基材料與應用課題組，在高質量水平石墨烯p-n異質結的陣列制備及其光電探測方面取得新進展。狄增峰、王剛等研究人員結合離子注入技術和化學氣相沉積（CVD）技術，利用“異質原子成核-促進石墨烯再生長”兩步動力學路徑制備出精準摻雜石墨烯材料。通過控制注入離子的種類和劑量，實現了具有精確摻雜濃度的n型和p型石墨烯；通過選區注入，在同一基底的相鄰區域內分步注入n型摻雜離子和p型摻雜離子，成功構建出水平石墨烯p-n異質結陣列。石墨烯p-n異質結陣列具有優異的光電探測性能，其響應度達到1.4~4.7 AW-1，探測率達到~1012 cmHz1/2W-1。這一研究為研制低成本、大規模、高效率石墨烯光電探測器提供了一種解決方案，有望促進石墨烯材料在光電探測領域的規模化應用。相關研究成果以Seamless lateral graphene p-n junctions formed by selective in situ doping for high-performance photodetectors 為題于12月5日發表在《自然-通訊》上（Nature Communications, 9, 5168 (2018)）。

　　該工作得到國家科技重大專項、國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目、中科院戰略性先導科技專項、上海市學術/技術帶頭人計劃等相關研究計劃的支持。