一种新的激光氯化工艺，在石墨烯中产生高掺杂模式

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近年来，电子和化学工程师设计了不同的化学掺杂技术来控制不同材料样品中电荷载体的标志和浓度。化学兴奋剂方法本质上需要将杂质引入材料或物质，以改变其电气特性。

这些有前途的方法已成功应用于几种材料，包括范德瓦尔斯（vdW）材料。VdW材料是具有强键合二维层特征的结构，通过较弱的色散力在三维结合。

加州大学伯克利分校（加州大学伯克利分校）、卡夫利能源纳米科学研究所、北京理工学院、深圳大学、清华大学的研究人员最近介绍了一种新的可调谐和可逆的化学兴奋剂石墨烯方法。他们的方法在《自然电子》杂志上发表的一篇论文中介绍，基于激光辅助氯化。

Yoonsoo Rho和他的同事在论文中写道，基于替代掺杂或表面功能化的常规方法会导致结构紊乱导致电流动性下降，最大掺杂密度由掺杂剂的溶解度极限确定。研究表明，可逆激光辅助氯化工艺可用于在石墨烯单层中产生高掺杂浓度（高于3×1013 cm-2），移动性最小。

为了实施他们的方法，Rho和他的同事使用了波长为λ=213纳米（5.8 eV）的紫外线（UV）纳秒激光束。他们在流动的Cl2气体下，将这束与样品表面平行对齐。

聚焦紫外线脉冲激光器可以光化学解离Cl2分子，产生Cl基数，在整个石墨烯样品中扩散。在将他们的方法应用于石墨烯样品后，研究人员收集了测量结果，以确定其对电荷载体密度和流动性的影响。

随后，该团队使用光热工艺去除了Cl掺杂剂。这个过程使用波长为（λ=532纳米（2.3 eV））的连续波（CW）绿色激光器，该激光器以焦距为2微米（1/e2）的正常方向应用。

他们的方法使用两种激光器——具有不同的光子能量和几何结构——专为氯化和随后的氯去除而设计，允许在不损坏石墨烯的情况下编写和擦除高度掺杂的图案。

为了评估他们的可逆掺杂方法，团队用它来为基于石墨烯的光电探测器创建可重写光活性结。他们发现，他们的激光辅助氯化方法导致饱和超高掺杂浓度，使电荷载体的流动性下降最小。此外，在去除Cl掺杂物时，掺杂的图案被完全消除，不会对石墨烯造成任何结构损坏。

将来，这个研究小组引入的激光辅助方法可用于在2D van der Waals材料中引入不同的掺杂元素。这反过来可以为光电子器件可逆地引入有价值的电子功能。

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