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成功電洞摻雜石墨烯

2013/10/14 | | 標籤:

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美國研究人員發現石墨烯(graphene)能成功地藉由硼原子進行p摻雜。此實驗結果代表現在已能對此碳材料進行電子以及電洞的摻雜,這對進一步的石墨烯應用而言實為重要。石墨烯為具有蜂巢狀晶格結構的單層平面碳材料。由於具有許多獨特的電子與機械性質,有人認為此「神奇材料」(wonder material)未來有可能取代矽元素成為電子產業的基材。

化學摻雜可用來增加或減少材料內的電子。兩年前,美國哥倫比亞大學(Columbia University) Abhay Pasupathy研究團隊證實,利用氮原子可對石墨烯進行n摻雜。現在,同樣由Pasupathy所領導的研究團隊發現,石墨烯可藉由硼原子的添加而完成p摻雜。矽電晶體成功的關鍵之一在於,矽材料可進行電子以及電洞摻雜,而此研究顯示石墨烯亦有如此優點。在石墨烯的n摻雜中,加入的氮原子並不會重大地改變石墨烯的基本結構,而此實驗現在證實硼原子的添加亦不會破壞石墨烯。矽材料具有類似的特性,少量磷原子的摻雜並不會影響矽基本結構。

在此實驗中,研究人員通入含碳與硼元素的反應氣體於高溫(1000°C)環境中,以便成長摻雜石墨烯於銅箔上。利用掃描穿隧式顯微鏡(STM)與光譜測量,他們研究石墨烯中硼摻雜物所處之局部結構及電子性質,並且發現每一硼原子與其他三個鄰近碳原子會形成鍵結,情形類似氮摻雜石墨烯的晶格結構。從光譜數據分析則可發現,平均每一硼原子約略貢獻0.5個電洞。

Pasupathy認為,此研究提供一新觀點來討論化學摻雜石墨烯的電子效應,而這對石墨烯電子應用而言相當重要。如此摻雜石墨烯的方式能用來製作透明電極,而摻雜物本身也可能作為反應中心,可望進一步賦予石墨烯更多功能如感知器等應用。

該美國研究團隊包含康乃爾大學(Cornell University)、SLAC國家加速器實驗室(SLAC National Accelerator Laboratory)、國家標準技術研究所(National Institute of Standards and Technology)以及布魯克黑文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)。他們目前正積極研究如何利用氮和硼原子摻雜,來製作無須仰賴靜電閘極的石墨烯p-n接面。

詳見Nano Lett.|DOI: 10.1021/nl401781d。

原始網站:http://nanotechweb.org/cws/article/tech/54910

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