作者:沈春蕾 刘言 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/10/24 21:33:09
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倒置范徳华堆垛开展隧穿晶体管器件研究获突破

 

近日,中科院金属所研究人员利用范徳华人工堆垛技术,在少数原子层硫化钼与金属电极之间插层高质量六方氮化硼(h-BN)隧穿结构,成功制造出能够通过门电压调制的双极反向整流器件。

该项研究工作由沈阳材料科学国家(联合)实验室磁学与磁性材料研究部研究员张志东与韩拯主持,国内外多家科研单位共同合作完成,研究成果在单个纳米器件中集成了场效应管与多工作组态二极管,有望开辟基于二维原子晶体的超微型信息器件的新途径,并在线发表于英国《自然—通讯》期刊。

众所周知,高质量层状垂直异质结的制备,通常需要利用超高真空分子束外延生长等手段。然而,此类制备方法对外延材料的基底晶格匹配等要求较高。范徳华堆垛方法是近年来兴起的凝聚态物理研究前沿之一,其利用层状材料的范徳华结合力,将不同的二维、准二维材料人工堆垛成为任意异质结构,可以大大降低受基底材料的局限。

该方法一经发明,立刻在凝聚态物理领域引发了全球范围的研究热潮。目前,该体系已经在介观尺度下实现了由超高质量界面引起的整数与分数量子霍尔效应、电子光学等新奇物理特性。

金属所研究人员发明了倒置范徳华堆垛的新方法,解决了传统范徳华垂直异质结构难以获得高质量超薄顶层的结构性难题,目前已申请中国专利一项。基于上述倒置转印范徳华堆垛的制备方法,金属所研究人员以少数层二硫化钼为研究体系,利用超薄(少数原子层)的六方氮化硼作为范德瓦尔斯异质结的隧穿层,系统开展了隧穿晶体管器件研究。

研究表明,通过在金属Au(金)和半导体硫化钼界面之间引入隧穿h-BN,可有效降低界面处的肖脱基势垒,从而实现通过局域石墨背栅的对通道硫化钼费米能级的精确静电调控。所获得的硫化钼隧穿晶体管仅通过门电压调控即可以实现具有不同功能的整流器件,包括pn二极管、全关、np二极管、全开器件。

这项工作利用电子隧穿,首次将双向可调的二极管和场效应管集成到单个纳米器件中(过去要通过集成电路才能实现),为未来超薄轻量化、柔性多工作组态的纳米器件开创了新的研究方向。

 
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