我科學家成功制備二維黑磷場效應晶體管

　　記者從中國科學技術大學獲悉，該校微尺度物質科學國家實驗室陳仙輝教授課題組與復旦大學張遠波教授、封東來教授和吳驊教授課題組合作，在二維類石墨烯場效應晶體管研究中取得重要進展，成功制備出具有幾個納米厚度的二維黑磷場效應晶體管。研究成果日前在線發表在《自然·納米科技》雜志上。

　　單層原子厚度的石墨烯的發現，標志著二維晶體作為一類可能影響人類未來電子技術的材料問世。然而二維石墨烯的電子結構中不具備能隙，在電子學應用中不能實現電流的“開”和“關”，這就弱化了其取代計算機電路中半導體開關的用途。科學家們開始探索替換材料，希望克服石墨烯的缺陷，并提出了幾種可能的替換材料，如單層硅、單層鍺，但這些材料在空氣中都不穩定，不利于實際應用。進一步探索具有新型功能并可實際應用的二維材料具有十分重要的意義和挑戰性。

　　他們成功制備出基于具有能隙的二維黑磷單晶的場效應晶體管。與其他二維晶體材料相比，二維黑磷單晶材料更加穩定，但其單晶在常壓下不容易生長。陳仙輝課題組博士生葉國俊利用學校購置的高溫高壓合成設備，在高溫高壓的極端條件下成功生長出高質量的黑磷單晶材料，為實現二維黑磷單晶材料奠定了基礎。隨后，陳仙輝課題組與張遠波課題組合作，利用膠帶進行機械剝落的方法，從塊狀單晶中剝出薄片，附著到鍍有一層二氧化硅的硅晶片上，并在此基礎上制備出場效應晶體管。

　　實驗顯示，當二維黑磷材料厚度小于7.5納米時，其在室溫下可以得到可靠的晶體管性能，其漏電流的調制幅度在10萬量級，電流—電壓特征曲線展現出良好的電流飽和效應。晶體管的電荷載流子遷移率還呈現出對厚度的依賴性，當二維黑磷材料厚度在10納米時，獲得最高的遷移率值大約1000平方厘米每伏每秒。這些性能表明，二維黑磷場效應晶體管在納米電子器件應用方面具有極大的潛力。