中國電子元件行業(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平整界面的人工異質(zhì)結構，這種異質(zhì)結構通常被稱(chēng)為范德華異質(zhì)結。通過(guò)選擇不同的二維材料和特定的堆垛方式，各自的獨特性質(zhì)可以有機地結合在一起。從這一研究角度出發(fā)，范德華異質(zhì)結提供了一個(gè)全新的平臺去研究新型電子和光電子器件性質(zhì)。中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心何軍課題組長(cháng)期從事二維層狀范德華異質(zhì)結在電子/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，在構建非對稱(chēng)范德華異質(zhì)結，實(shí)現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(xiàn)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對該工作進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)評述。該工作已申請中國發(fā)明專(zhuān)利（專(zhuān)利申請號：201810564781.5）。
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稱(chēng)范德華異質(zhì)結器件，并對其電輸運/光電特性以及存儲能力進(jìn)行了系統的研究。在不同的偏壓條件下，電荷載流子注入類(lèi)型可以在隧穿和熱激活之間切換。這種不對稱(chēng)的傳輸行為通過(guò)變溫和光響應表征得到了進(jìn)一步的證實(shí)。得益于垂直傳輸的巨大可調性，該異質(zhì)結器件可被外界電場(chǎng)有效地調節，并在多種功能上同時(shí)展現出優(yōu)異的性能。許多性能指標均是目前范德華異質(zhì)結器件中報道的最高值，包括超高的電流開(kāi)關(guān)比（6×108）和明顯的負跨導，以及柵極可調的整流特性。在溫度為300 K和77 K時(shí)，電流整流比分別達到3×107和108。工作為光電探測器時(shí)，器件展現出高的光響應度（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。該非對稱(chēng)范德華異質(zhì)結還可用作可編程整流器。通過(guò)對硅基底施加相應的擦除電壓和寫(xiě)入電壓，器件展現出超高的擦除/寫(xiě)入電流比（109）、可寫(xiě)入的超高電流整流比（2×107）以及穩定的多級存儲態(tài)。更重要的是，存儲態(tài)和電流整流比可以通過(guò)寫(xiě)入電壓和寫(xiě)入時(shí)間連續地調節。該研究實(shí)現了超高器件性能與多種功能集成的有機統一，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家重點(diǎn)基礎研發(fā)計劃、國家杰出青年科學(xué)基金等項目經(jīng)費的支持。
