物理系在非对称接触异质结器件的研究方面取得进展

2017年8月23日

      低维材料构建的范德瓦尔斯异质结在纳米电子学和纳米光电子学器件方面都表现出了独特优异的性能,受到了研究者们的广泛关注。基于低维材料的垂直场效应晶体管在构建三维集成电路和作为高效的光电探测器方面具有巨大的潜力。对低维材料器件而言,合适的电学接触对于器件的性能有着至关重要的影响。选择合适的金属做接触是不同类型场效应晶体管和pn结器件能够高性能工作的保障。然而,将异质结器件尺寸缩小到纳米尺度并实现优异的电学接触依旧是一个挑战。

      最近,清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室的博士生研究生张金、张柯南、夏炳煜在导师姜开利、魏洋、周树云、段文晖、徐勇的指导下,利用碳纳米管和金属薄膜作为二维半导体材料的非对称接触,提出了由碳纳米管实现空间限制的非对称范德瓦尔斯异质结。碳纳米管电极纳米级的尺寸(~1nm)可以有效的将异质结尺度限制在纳米量级,不同金属的选择可以使得异质结器件性能优化。这种非对称范德瓦尔斯异质结器件具有高的开关比(105)和大的电流密度(105 A/cm),可以满足逻辑电路的需求。以硫化钼和硒化钨作为沟道的非对称异质结器件,可以分别作为N型和P型场效应晶体管。进一步,研究者们利用上述器件构建了可用于逻辑运算的反相器。此外,利用类似的结构还实现了碳纳米管限制的非对称pn结。在不同栅极电压的调制下,该器件可以实现pn结到nn结的转变。而这些异质结器件优异的性能归结于碳纳米管费米面能够被栅极电压高效调控。该工作对于低维材料异质结器件的构建具有重要意义。

     该研究成果于2017年8月21日以“Carbon Nanotube Confined Vertical Heterostructures with Asymmetric Contacts”为题在Advanced Materials杂志上在线发表。该项研究工作是和湖南大学化学与化工学院的段曦东博士合作完成的。该项目得到了科技部纳米研究国家重大科学研究计划、国家自然科学基金委和富士康科技集团的资助。

    原文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702942/full