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材料科学与工程学院在二维原子晶体材料制备研究中取得重要进展


[日期:2016-05-20来源:bbin真人app   作者: 阅读: 次]

半导体芯片的核心是材料基质,目前的硅基芯片已发展到了极限,研发新型的半导体材料替代传统的硅基半导体将有望创造出下一个半导体芯片发展的神话。二维原子晶体是近年发现的厚度仅为单分子或单原子的一类新型半导体材料,具有非常优异的光学和电学性质,可以摆脱量子效应的束缚,制作出尺寸更小、性能更高的电子元器件,有望成为下一代计算机芯片的核心材料。二硫化铼(ReS2)是一种非常重要的二维原子晶体材料,低的晶格对称性赋予其独特的二维面内各向异性光学和电学性质,在场效应晶体管、光电探测器和新概念器件等方面具有极大应用价值。然而,制备该材料所需的铼源具有超高的熔点(~3180 ?C),导致该材料的生长效率很低;此外,ReS2低的晶格对称性和弱的层间作用力使其更易于长成枝状的厚层,这些问题为该材料的大面积可控制备带来了巨大挑战。

针对以上问题,在材料科学与工程学院无机光电功能材料研究团队徐华副教授带领下,研究生崔芳芳、李晓波以及本科生王聪等人,在对该材料结构的特殊性、制备中存在问题等深入研究的基础上,发展出了一种低共熔体辅助化学气相沉积生长方法,以云母为生长基底,在400-900?C的生长温度下成功实现了大面积、高质量的单层ReS2薄膜的范德华外延生长。此外,通过对ReS2不同温度下生长行为的研究揭示了其独特的各向异性生长模式,为今后生长这类低对称性二维材料提供了很好的理论基础。

角分辨偏振拉曼光谱和角分辨电学测量显示所制备ReS2材料具有优异的各向异性光学和电学性质;基于单层ReS2薄膜制作的场效应晶体管,在室温大气环境下的电子迁移率可达107.5 px2v-1s-1以上研究结果表明,这种三个原子层厚的ReS2薄膜在研发高性能光电器件方面具有很大的应用价值。

 

Advanced Materials, 2016, DOI: 10.1002/adma.201600722

上述研究以“Tellurium-Assisted Epitaxial Growth of Large-Area, Highly Crystalline ReS2 Atomic Layers on Mica Substrate”为题,发表在近期的《先进材料》(影响因子17.493(Advanced Materials, 2016, DOI: 10.1002/adma.201600722)