具有纳米分辨率的二维材料自对准局域电解质门控

在使基于二维材料的器件更小、更快、更高效的努力中，在接近纳米尺度的长度上控制电荷载流子十分重要。基于通过栅介质的电容耦合的传统门控技术由于场在介质中的发散，无法在该尺度产生强且均匀的电场。这种场发散限制了周期结构的门控强度、边界锐度和节距尺寸，并限制了局域栅的可能几何形状（由于引线封装），排除了某些器件概念，例如基于超材料的等离激元学和变换光学。在此我们提出一种基于无介电质自对准电解质技术的新型门控概念，其允许以纳米分辨率空间调制电荷。我们采用固态聚合物电解质栅和离子不可穿透的电子束定义抗蚀剂掩模的组合，在受栅控表面顶部局域地产生多余电荷。静电模拟表明，在二维导体表面掩模边界处，跨越 10 nm 长度存在 $\Delta n =10^{14}\text{cm}^{-2}$ 的高载流子密度变化，导致尖锐的耗尽区以及跨越如此创建的结的 $6\times10^8 \text{Vm}^{-1}$ 强面内电场。我们将此技术应用于二维材料石墨烯，以展示为光电应用创建可调 p-n 结。我们还通过引入一种新型石墨烯热电堆光电探测器展示了该技术的空间通用性和自对准特性。