a) Esquema de dopagem de transmutação para o InSe 2D, incluindo captura de nêutrons térmicos e decaimento de partículas γ e β-. b) Esquema para o dispositivo 2D InSe. c) Tempo de resposta (R:tempo de subida, F:tempo de queda) do dispositivo antes e depois da transmutação. Crédito:Zhinan Guo, Yonghong Zeng, Fanxu Meng, Hengze Qu, Shengli Zhang, Shipeng Hu, Sidi Fan, Haibo Zeng, Rui Cao, Paras N. Prasad, Dianyuan Fan, Han Zhang
A biblioteca de materiais em camadas bidimensionais (2D) continua crescendo, desde materiais 2D básicos até calcogenetos metálicos. Ao contrário de suas contrapartes em massa, os materiais em camadas 2D possuem novos recursos que oferecem grande potencial em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos de próxima geração.
A engenharia de dopagem é uma forma importante e eficaz de controlar as propriedades peculiares de materiais 2D para aplicação em circuitos lógicos, sensores e dispositivos optoeletrônicos. No entanto, produtos químicos adicionais devem ser usados durante o processo de dopagem, o que pode contaminar os materiais. As técnicas só são possíveis em etapas específicas durante a síntese de materiais ou fabricação de dispositivos.
Em um novo artigo publicado na
eLight , uma equipe de cientistas liderada pelo professor Han Zhang, da Universidade de Shenzhen, e pelo professor Paras N Prasad, da Universidade de Buffalo, estudou a implementação da dopagem de transmutação de nêutrons para manipular a transferência de elétrons. Seu artigo, intitulado, demonstrou a mudança pela primeira vez.
A dopagem por transmutação de nêutrons (NTD) é um método de dopagem substitucional controlável in-situ que utiliza as reações nucleares de nêutrons térmicos com os núcleos dos átomos em semicondutores. Ele fornece uma nova maneira de dopar materiais 2D intencionalmente sem reagentes extras. O NTD pode ser introduzido em qualquer etapa durante a fabricação de dispositivos baseados em materiais 2D, ou até mesmo usado na pós-fabricação.
O NTD foi desenvolvido com sucesso em 1975 para semicondutores a granel como Si, fosforeto de gálio (GaP) e fosforeto de índio (InP). Em 1991, os doadores superficiais relacionados ao estanho (Sn) puderam ser uniformemente introduzidos no cristal de seleneto de índio (InSe) por NTD. A melhoria de desempenho adicional dos fotodetectores baseados em InSe em camadas 2D é limitada pela baixa densidade de portadores do InSe dopado. Seria fascinante se os desempenhos de fotodetectores baseados em InSe em camadas 2D pudessem ser manipulados e otimizados através do método "limpo" de NTD.
A equipe de pesquisa realizou a dopagem de InSe em camadas 2D via NTD pela primeira vez. Eles estreitaram com sucesso o bandgap e aumentaram a mobilidade eletrônica do InSe em camadas dopado com SN, refletindo uma melhoria significativa. Eles aumentaram a mobilidade eletrônica de efeito de campo de 1,92 cm
2
V
-1
s
-1
a 195 cm
2
V
-1
s
-1
. Ao mesmo tempo, a responsividade do fotodetector melhorou cerca de cinquenta vezes para 397 A/W.
A equipe de pesquisa acredita que a NTD é uma enorme promessa para o futuro da pesquisa de materiais. Deve permitir novas oportunidades significativas em tecnologias baseadas em materiais. Sob o método NTD, os dopantes podem ser rigorosamente controlados e introduzidos a qualquer momento, o que melhorará a eficiência. Dopando no nível atômico, pesquisadores e indústrias podem garantir que os dopantes sejam colocados exatamente no lugar certo e saber o impacto preciso do dopante naquele local. Finalmente, o NTD pode ser usado para proteger as pessoas, principalmente ao detectar gases ou outros problemas biológicos.
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