【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國(guó)科大宋禮教授團(tuán)隊(duì)提出了原位晶疇工程的精準(zhǔn)合成新方法，克服了傳統(tǒng)外延生長(zhǎng)中對(duì)二維材料本征缺陷構(gòu)型和分布難以同時(shí)控制的局限性，成功實(shí)現(xiàn)了單層二硫化鎢橫向同質(zhì)結(jié)(WS2Lateral Homojunctions)的可控化學(xué)氣相直接外延生長(zhǎng)。相關(guān)研究成果以“Growth of Monolayer WS2 Lateral Homojunctions via In Situ Domain Engineering”為題于6月13日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。
 

　　二維過(guò)渡金屬硫化物因其在原子尺度下具備優(yōu)異的電學(xué)特性，是突破傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體性能的理想材料之一，然而為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的器件應(yīng)用，原子層厚度低維單元需要具有不同的場(chǎng)效應(yīng)調(diào)制行為。利用縱向范德華力或橫向原子成鍵能夠無(wú)損集成具有不同特性的二維材料，形成特異的同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)。其中，二維橫向同質(zhì)結(jié)不但具備可調(diào)諧的電學(xué)特性，還具有獨(dú)特的原子級(jí)潔凈的界面，基于二維同質(zhì)結(jié)的各類感存算器件已展現(xiàn)出巨大的性能優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，由于可供選擇的原子種類受到嚴(yán)格限制，直接外延生長(zhǎng)二維過(guò)渡金屬硫化物的同質(zhì)結(jié)仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
 

圖1.原子層厚度二維同質(zhì)結(jié)的精準(zhǔn)合成示意圖及邏輯反相器
 

　　研究團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)理論計(jì)算和模擬，確定了最優(yōu)本征缺陷構(gòu)型，進(jìn)一步利用兩步化學(xué)氣相沉積法，在晶疇水平上原位調(diào)控缺陷結(jié)構(gòu)，最終獲得具有特定缺陷結(jié)構(gòu)和分布的二維同質(zhì)結(jié)。分析測(cè)試結(jié)果表明，此類二維同質(zhì)結(jié)不僅具備不同的電學(xué)場(chǎng)效應(yīng)特性，更重要的是其界面處同時(shí)實(shí)現(xiàn)了理想的原子晶格匹配和定制的能帶結(jié)構(gòu)匹配?；诙SWS2同質(zhì)結(jié)構(gòu)建的邏輯反相器展現(xiàn)出良好的軌到軌操作特性，其峰值電壓增益達(dá)到12，動(dòng)態(tài)延遲時(shí)間約為135微秒，峰值功耗低至1.3納瓦。
 

　　論文的通訊作者是中國(guó)科大宋禮教授、武曉君教授和新加坡南洋理工大學(xué)劉政教授，崔其龍博士和壽宏偉博士為共同第一作者。上述研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、中國(guó)科大基礎(chǔ)前沿團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。