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傳統半導體p-n異質(zhì)結是雙極型晶體管和場(chǎng)效應晶體管的核心結構，是現代集成電路技術(shù)的基礎。同樣，構建石墨烯p-n異質(zhì)結也是未來(lái)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(guò)傳統集成電路制造工藝中的離子注入技術(shù)，實(shí)現石墨烯材料的可控摻雜。另外，原位生長(cháng)摻雜、化學(xué)修飾摻雜等技術(shù)又難以實(shí)現p-n異質(zhì)結所需的選區摻雜。因此，實(shí)現石墨烯可控性摻雜（摻雜種類(lèi)、濃度和區域），進(jìn)而構建高質(zhì)量石墨烯p-n異質(zhì)結陣列存在挑戰。

中國科學(xué)院上海微系統與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室高端硅基材料與應用課題組，在高質(zhì)量水平石墨烯p-n異質(zhì)結的陣列制備及其光電探測方面取得新進(jìn)展。狄增峰、王剛等研究人員結合離子注入技術(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(cháng)”兩步動(dòng)力學(xué)路徑制備出精準摻雜石墨烯材料。通過(guò)控制注入離子的種類(lèi)和劑量，實(shí)現了具有精確摻雜濃度的n型和p型石墨烯；通過(guò)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(zhì)結陣列。石墨烯p-n異質(zhì)結陣列具有優(yōu)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~1012cmHz1/2W-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(jìn)石墨烯材料在光電探測領(lǐng)域的規?；瘧?。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12月5日發(fā)表在《自然-通訊》上（Nature Communications,9, 5168 (2018)）。

該工作得到國家科技重大專(zhuān)項、國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項目、中科院戰略性先導科技專(zhuān)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。

水平石墨烯p-n異質(zhì)結陣列構建及其光電性能展示