宾夕法尼亚州立大学 WS2晶格中等离子体辅助碳氢物质掺杂示意图
信用:张复/宾夕法尼亚州立大学 宾夕法尼亚州立大学的研究人员表示，一种将碳氢分子引入半导体材料二硫化钨的单原子层的技术，极大地改变了该材料的电子特性。他们表示，可以用这种材料为节能光电器件和电子电路制造新型组件
“我们已经成功地将碳物种引入到半导体材料的单层中，”材料科学与工程的博士生张复说，他是今天在线发表在《科学进展》上的一篇论文的主要作者
在掺杂——添加碳——之前，半导体——一种过渡金属二硫化物(TMD)，是n型电子传导的
在用碳原子代替硫原子后，这种一个原子厚的材料产生了双极效应，一个p型空穴分支和一个n型分支
这导致了双极半导体
“事实上，你可以通过添加两个原子百分比来戏剧性地改变性质，这是意想不到的，”高级作者、物理、化学和材料科学与工程的杰出教授毛里西奥·特罗内斯说
根据张的说法，一旦这种材料被碳高度掺杂，研究人员就可以制造出具有极高载流子迁移率的简并p型
他说:“我们可以建造n+/p/n+和p+/n/p+结，其性能是这种半导体所没有的。”
就应用而言，半导体用于工业中的各种器件
在这种情况下，大多数器件将是不同种类的晶体管
“这种类型的材料也可能有利于电化学催化，”特罗内斯说
“你可以提高半导体的导电性，同时具有催化活性
" 二维材料掺杂领域的论文很少，因为它需要在特定类型的条件下同时发生多个过程
该团队的技术使用等离子体将甲烷裂解的温度降低到752华氏度
与此同时，等离子体必须足够强大，能够将一个硫原子从原子层中撞出来，并取代一个碳氢单元
“对单层进行掺杂并不容易，然后测量载流子输运也并不容易，”特罗内斯说
“我们工作的地方有一个最佳地点
还需要许多其他东西
" 苏珊·辛诺特，教授和材料科学与工程系主任，提供了指导实验工作的理论计算
当Terrones和张观察到掺杂二维材料会改变其光学和电子性质时——这是他们以前从未见过的——S innott的团队预测了最佳掺杂原子并预测了其性质，这与实验相符
工程科学和力学助理教授萨普塔什·达斯和他的团队随后测量了碳置换量不断增加的各种晶体管中的载流子输运
他们观察到电导发生了彻底的变化，直到他们完全将电导类型从负变为正
“这在很大程度上是一项多学科的工作，”特罗内斯说
《科学进展》论文的其他作者，题为“WS2单层的碳掺杂:带隙减少和p型掺杂输运”，包括现在或以前的博士生陆延富、丹尼尔·舒尔曼、张天翼、林忠和雷宇；安娜·劳拉·埃利亚斯和藤泽一郎，物理学助理研究教授
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