创新背景

从基础的二维材料到金属硫化物，二维层状材料库的规模一直在不断扩大。二维层状材料具备有助于二维材料的新特性，并在下一代电子和光电子器件的研发中具备巨大潜力。
掺杂工艺是控制二维材料特殊性质的有效方法，可应用于逻辑电路、传感器和光电器件。然而，掺杂必须使用额外的化学物质，可能会对材料造成污染。这项技术以往只能在材料合成或器件制造过程中的特定步骤实现。

创新过程

在eLight发表的一篇新论文中，由深圳大学张晗教授和布法罗大学 Paras N Prasad 教授领导的科学家团队通过中子嬗变掺杂来操纵电子转移。他们题为In-situ neutron-transmutation for substitutional doping in 2D layered indium selenide based phototransistor的论文首次展示了这一变化。

中子嬗变掺杂（NTD）是一种可控的原位置换掺杂工艺，利用的是热中子与半导体中原子核之间的核反应。这种工艺提供了一种无需额外试剂即可掺杂二维材料。它可以被引入到二维材料器件制造过程中的任何步骤，即使在制造完成后也同样可用。

NTD工艺诞生于1975年，应用于硅（Si）、磷化镓（GaP）和磷化铟（InP）等体相半导体。1991年，与锡（Sn）相关的浅施主已经能够通过NTD工艺均匀地引入到块状硒化铟（InSe）晶体中。然而，掺杂硒化铟的载流子密度较低，基于二维层状硒化铟的光电探测器的进一步性能改进。如果可以通过“清洁”方法操纵和优化光电探测器的性能，那么NTD将成为一项极具吸引力的工艺。

研究团队首次实现通过NTD掺杂二维层状硒化铟。他们成功地缩小了带隙并增加了锡掺杂层状硒化铟的电子迁移率，将场效应电子迁移率从 1.92cm2·V-1·s-1 提高到195cm2·V-1·s-1。同时，光电探测器的响应度提高了约 50 倍，达到了397 A/W。

创新价值

NTD工艺可以随时控制和引入掺杂剂，提高器件效率。通过在原子层面上进行掺杂，研究人员可以确保掺杂剂处于正确位置，并精确评估掺杂剂在该位置的影响。同时，NTD工艺还可用于保护人员安全。
NTD工艺具有巨大的应用前景，它将为材料技术带来新的重大机遇。