中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)
China Electronic Components Association
二維層狀材料因其具有新穎的電子/光電子性質(zhì)和與硅基技術(shù)高度的兼容性而引起研究人員越來(lái)越多的關(guān)注。此外，不同的二維材料可以借助弱范德華作用力自由地堆垛形成具有原子級(jí)平整界面的人工異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)通常被稱為范德華異質(zhì)結(jié)。通過(guò)選擇不同的二維材料和特定的堆垛方式，各自的獨(dú)特性質(zhì)可以有機(jī)地結(jié)合在一起。從這一研究角度出發(fā)，范德華異質(zhì)結(jié)提供了一個(gè)全新的平臺(tái)去研究新型電子和光電子器件性質(zhì)。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心何軍課題組長(zhǎng)期從事二維層狀范德華異質(zhì)結(jié)在電子/光電器件方面的研究（Nano Letters 2015, 15, 7558-7566; Advanced Functional Materials 2016, 26, 5499-5506; Nano Energy 2018, 49, 103-108）。近期，在構(gòu)建非對(duì)稱范德華異質(zhì)結(jié)，實(shí)現(xiàn)超高性能的多功能集成方面取得新進(jìn)展。該研究成果日前以High-performance, multifunctional devices based on asymmetric van der Waals heterostructures 為題在線發(fā)表在《自然-電子學(xué)》（Nature Electronics 2018, 1, 356-361）上。同期的《自然-電子學(xué)》以Multifunctional devices from asymmetry 為題撰寫(xiě)了News & Views對(duì)該工作進(jìn)行了專門(mén)評(píng)述。該工作已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01810564781.5）。
在該研究工作中，何軍課題組成功搭建了基于石墨烯、氮化硼、二硫化鉬和二碲化鉬的非對(duì)稱范德華異質(zhì)結(jié)器件，并對(duì)其電輸運(yùn)/光電特性以及存儲(chǔ)能力進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。在不同的偏壓條件下，電荷載流子注入類型可以在隧穿和熱激活之間切換。這種不對(duì)稱的傳輸行為通過(guò)變溫和光響應(yīng)表征得到了進(jìn)一步的證實(shí)。得益于垂直傳輸?shù)木薮罂烧{(diào)性，該異質(zhì)結(jié)器件可被外界電場(chǎng)有效地調(diào)節(jié)，并在多種功能上同時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。許多性能指標(biāo)均是目前范德華異質(zhì)結(jié)器件中報(bào)道的最高值，包括超高的電流開(kāi)關(guān)比（6×108）和明顯的負(fù)跨導(dǎo)，以及柵極可調(diào)的整流特性。在溫度為300 K和77 K時(shí)，電流整流比分別達(dá)到3×107和108。工作為光電探測(cè)器時(shí)，器件展現(xiàn)出高的光響應(yīng)度（28.6 A/W）和光開(kāi)關(guān)比（107），以及明顯的開(kāi)路電壓和短路電流。該非對(duì)稱范德華異質(zhì)結(jié)還可用作可編程整流器。通過(guò)對(duì)硅基底施加相應(yīng)的擦除電壓和寫(xiě)入電壓，器件展現(xiàn)出超高的擦除/寫(xiě)入電流比（109）、可寫(xiě)入的超高電流整流比（2×107）以及穩(wěn)定的多級(jí)存儲(chǔ)態(tài)。更重要的是，存儲(chǔ)態(tài)和電流整流比可以通過(guò)寫(xiě)入電壓和寫(xiě)入時(shí)間連續(xù)地調(diào)節(jié)。該研究實(shí)現(xiàn)了超高器件性能與多種功能集成的有機(jī)統(tǒng)一，為探索新型電子及光電子器件提供了新思路。
該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持。
