傳統(tǒng)半導(dǎo)體p-n異質(zhì)結(jié)是雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管的核心結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代集成電路技術(shù)的基礎(chǔ)。同樣，構(gòu)建石墨烯p-n異質(zhì)結(jié)也是未來發(fā)展基于石墨烯的集成電路和光電探測技術(shù)的關(guān)鍵。
　　由于石墨烯材料單原子層厚度的限制，難以通過傳統(tǒng)集成電路制造工藝中的離子注入技術(shù)，實現(xiàn)石墨烯材料的可控?fù)诫s。另外，原位生長摻雜、化學(xué)修飾摻雜等技術(shù)又難以實現(xiàn)p-n異質(zhì)結(jié)所需的選區(qū)摻雜。因此，實現(xiàn)石墨烯可控性摻雜(摻雜種類、濃度和區(qū)域)，進(jìn)而構(gòu)建高質(zhì)量石墨烯p-n異質(zhì)結(jié)陣列存在挑戰(zhàn)。

　　中科院上海微系統(tǒng)所信息功能材料國家重點實驗室高端硅基材料與應(yīng)用課題組，在高質(zhì)量水平石墨烯p-n異質(zhì)結(jié)的陣列制備及其光電探測方面取得重要進(jìn)展。狄增峰、王剛等研究人員結(jié)合離子注入技術(shù)和化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)，利用“異質(zhì)原子成核-促進(jìn)石墨烯再生長”兩步動力學(xué)路徑制備出精準(zhǔn)摻雜石墨烯材料。
　　通過控制注入離子的種類和劑量，實現(xiàn)了具有精確摻雜濃度的n型和p型石墨烯；通過選區(qū)注入，在同一基底的相鄰區(qū)域內(nèi)分步注入n型摻雜離子和p型摻雜離子，成功構(gòu)建出水平石墨烯p-n異質(zhì)結(jié)陣列。石墨烯p-n異質(zhì)結(jié)陣列具有優(yōu)異的光電探測性能，其響應(yīng)度達(dá)到1.4~4.7 AW-1，探測率達(dá)到~1012 cmHz1/2W-1。這一研究為研制低成本、大規(guī)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(jìn)石墨烯材料在光電探測領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。
　　相關(guān)研究成果以“Seamless lateral graphene p-n junctions formed by selective in situ doping for high-performance photodetectors”為題于2018年12月5日發(fā)表在Nature Communications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(xué)基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、上海市學(xué)術(shù)/技術(shù)帶頭人計劃等相關(guān)研究計劃的支持。