氢化金刚石中二维石墨烯（2DHG）的极化诱导静电掺杂

《The Journal of Physical Chemistry C》：Polarization-Induced Electrostatic Doping in 2DHG of Hydrogenated Diamond

氢终止金刚石作为新型紫外探测器，传统掺杂技术存在缺陷。本文提出铁电极化驱动的电静掺杂策略，通过调控α-In?Se?层极化方向与厚度实现异质结能带结构的可逆开关，精确控制载流子类型与浓度，并增强可见-近红外光吸收。

　　

氢终止金刚石（H-金刚石）是一种具有宽禁带、优异导热性能和高载流子迁移率的半导体，被视为下一代及功率器件紫外光电探测器应用的有力候选材料。然而，由于传统掺杂技术的局限性（这些技术常常引入结构缺陷并降低载流子迁移率），在H-金刚石中实现二维（2D）空穴气（2DHG）的精确且可逆调控仍是一个重大挑战。在这项研究中，我们采用第一性原理计算提出了一种基于铁电（FE）极化的静电掺杂策略，以实现α-In₂Se₃/H-金刚石范德华（vdW）异质结构中的可调带对齐和载流子重新分布。我们证明，通过操控α-In₂Se₃的极化方向和厚度，可以可逆地切换界面带对齐。这种由极化诱导的静电掺杂能够精确控制异质结中的载流子类型和浓度。此外，通过增加铁电层的数量，可以增强异质结构内的界面极化，从而放大这些依赖于极化的效应。进一步研究表明，极化切换显著提升了可见光到近红外区域的光吸收性能。本研究为宽禁带半导体中的极化诱导静电掺杂提供了理论见解，并突显了α-In₂Se₃/H-金刚石异质结构在下一代功率器件和光电子应用中的潜力。