(Phys.org) —Le graphène continue de régner en tant que prochain matériau superstar potentiel pour l'industrie électronique, un plus mince, conducteur d'électrons plus fort et beaucoup plus rapide que le silicium. Sans bande interdite d'énergie naturelle, cependant, la conductance ultrarapide du graphène ne peut pas être désactivée, un sérieux inconvénient pour les transistors et autres appareils électroniques. Diverses techniques ont été déployées pour surmonter ce problème, l'une des plus prometteuses étant l'intégration de couches ultrafines de graphène et de nitrure de bore dans des hétérostructures bidimensionnelles. En tant que chefs d'orchestre, ces hybrides bicouches sont presque aussi rapides que le graphène pur, De plus, ils sont bien adaptés à la fabrication d'appareils. Cependant, adapter les propriétés électroniques des hétérostructures de nitrure de bore de graphène (GBN) a été une affaire délicate, impliquant le dopage chimique ou le déclenchement électrostatique – jusqu'à présent.

Des chercheurs du Berkeley Lab et de l'Université de Californie (UC) Berkeley ont démontré une technique par laquelle les propriétés électroniques des hétérostructures GBN peuvent être modifiées avec la lumière visible. Feng Wang, un physicien de la matière condensée avec la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab et le département de physique de l'UC Berkeley, ainsi qu'un chercheur pour le Kavli Energy NanoSciences Institute à Berkeley, a dirigé une étude dans laquelle le dopage photo-induit des hétérostructures de GBN a été utilisé pour créer des jonctions p–n et d'autres profils de dopage utiles tout en préservant la mobilité électronique remarquablement élevée du matériau.

"Nous avons démontré que la lumière visible peut induire une écriture et un effacement robustes du dopage de charge dans les hétérostructures GBN sans sacrifier la mobilité élevée des porteurs, " dit Wang. " L'utilisation de la lumière visible nous donne une flexibilité incroyable et, contrairement au gating électrostatique et au dopage chimique, ne nécessite pas de processus de fabrication en plusieurs étapes qui réduisent la qualité des échantillons. En outre, différents motifs peuvent être imprimés et effacés à volonté, ce qui n'était pas possible avec les techniques de dopage précédemment utilisées sur les hétérostructures GBN."

Le graphène est une couche unique d'atomes de carbone disposés en un réseau hexagonal. Le nitrure de bore est un composé en couches qui présente un réseau hexagonal similaire – en fait, le nitrure de bore hexagonal est parfois appelé « graphène blanc ». Liés ensemble par l'attraction intermoléculaire relativement faible connue sous le nom de force de van der Waals, Les hétérostructures GBN ont montré un potentiel élevé pour servir de plates-formes non seulement pour les transistors à haute mobilité électronique, mais aussi pour des applications optoélectroniques, y compris les photodétecteurs et les cellules photovoltaïques. La clé du succès futur sera la capacité de doper ces matériaux d'une manière commercialement évolutive. La technique de dopage par modulation photo-induite développée par Wang et une grande équipe de collaborateurs répond à cette exigence car elle est comparable aux schémas de photolithographie largement utilisés aujourd'hui pour la production de masse dans l'industrie des semi-conducteurs. L'éclairage d'une hétérostructure GBN, même avec une simple lampe à incandescence, peut modifier le transport des électrons dans la couche de graphène en induisant une distribution de charges positives dans la couche de nitrure de bore qui se fixe lorsque l'éclairage est éteint.

"Nous avons montré que ce dopage photo-induit provient de réponses optiques et électriques couplées au microscope dans les hétérostructures GBN, y compris l'excitation optique des transitions de défauts dans le nitrure de bore, transport électrique dans le graphène, et transfert de charge entre le nitrure de bore et le graphène, ", dit Wang. "Ceci est analogue au dopage de modulation développé pour la première fois pour les semi-conducteurs de haute qualité."

Alors que le dopage par modulation photo-induite des hétérostructures de GBN n'a duré que quelques jours si l'échantillon était maintenu dans l'obscurité - une exposition supplémentaire à la lumière a effacé l'effet - ce n'est pas un problème comme l'explique Wang.

"Quelques jours de dopage de modulation suffisent à de nombreuses pistes d'investigation scientifique, et pour certaines applications d'appareils, la réinscriptibilité que nous pouvons fournir est plus nécessaire que la stabilité à long terme, " dit-il. " Pour le moment, ce que nous avons, c'est une technique simple de dopage non homogène dans un matériau de graphène à haute mobilité qui ouvre la porte à de nouvelles études et applications scientifiques. »