晶圆级V2O5单晶制备技术实现二维材料超高掺杂突破

本研究针对二维材料可控掺杂中界面缺陷与散射中心难题，开发了晶圆级V2O5单晶薄膜制备新方法。通过层状异质结构建实现石墨烯空穴掺杂浓度≈1013 cm?2、迁移率≈4400 cm2 V?1 s?1，为高速光电器件集成提供关键技术支撑。

　　

在二维材料研究领域，实现晶圆级单晶可控生长是推动电子与光子应用发展的基石。通过层层集成技术构建二维异质结可实现多功能调控，其中掺杂工程能有效提升材料导电性并调控功函数以优化电接触性能。与传统异质原子掺杂或无定形掺杂剂相比，采用单晶二维掺杂剂可规避晶格缺陷和界面散射中心问题，但晶圆级单晶掺杂剂的合成仍属技术空白。

最新研究成功开发出厘米级V₂O₅块体单晶与英寸级V₂O₅单晶薄膜的合成策略，该材料能高效掺杂石墨烯和过渡金属硫族化合物（TMDs）。当石墨烯与单晶V₂O₅形成界面时，可产生空穴掺杂效应，获得≈10¹³ cm^?2的载流子浓度，同时保持≈4400 cm² V^?1 s^?1的高迁移率。这种载流子迁移率的保持得益于无缺陷界面结构以及V₂O₅表面光学声子模式的高能量特性。结合可靠的晶圆级合成技术与逐层堆叠工艺，该研究为构建均匀稳定的二维材料/V₂O₅异质结提供了可规模化应用的掺杂方案，将加速二维异质结在高速逻辑电路与光通信器件中的集成进程。