我科学家成功制备二维黑磷场效应晶体管应用潜力极大

中国科学技术大学微尺度材料科学国家实验室陈先辉教授课题组，与复旦大学张、冯东来、吴华教授等课题组合作，在二维石墨烯类场效应晶体管的研究方面取得了重要进展，成功制备了多纳米厚度的二维黑磷场效应晶体管。研究结果最近发表在《自然》杂志的网络版上。发表在纳米技术杂志上。

中国科学技术大学微尺度材料科学国家实验室陈先辉教授课题组，与复旦大学张、冯东来、吴华教授等课题组合作，在二维石墨烯类场效应晶体管的研究方面取得了重要进展，成功制备了多纳米厚度的二维黑磷场效应晶体管。研究结果最近发表在《自然纳米技术》杂志的网络版上。

具有单一原子厚度的石墨烯的发现标志着二维晶体作为一类材料的出现，这种材料可能会影响人类未来的电子技术。然而，在二维石墨烯的电子结构中没有能量间隙，并且在电子应用中电流不能接通或断开，这削弱了其在计算机电路中替代半导体开关的用途。科学家们开始探索替代材料，希望能克服石墨烯的缺陷，并提出了几种可能的替代材料，如单层硅和单层锗，但这些材料在空气中不稳定，不利于实际应用。进一步探索具有新功能和实际应用的二维材料是非常重要和具有挑战性的。

他们已经成功地制备了一种基于二维黑磷单晶的场效应晶体管，这种晶体有一个能隙。与其他二维晶体材料相比，二维黑磷单晶材料更稳定，但其单晶在常压下不易生长。陈先辉课题组博士生叶利用学校购置的高温高压合成设备，在高温高压的极端条件下成功生长出高质量的黑磷单晶材料，为实现二维黑磷单晶材料奠定了基础。随后，陈先辉的研究小组和张的研究小组合作，用胶带机械剥离大块单晶的薄片，并将其贴在涂有二氧化硅层的硅片上。在此基础上，制作了场效应晶体管。

实验表明，当二维黑磷材料的厚度小于7.5纳米时，可以在室温下获得可靠的晶体管性能，漏电流的调制幅度在10万量级，电流-电压特性曲线表现出良好的电流饱和效应。晶体管的电荷载流子迁移率也显示出对厚度的依赖性。当二维黑磷材料的厚度为10纳米时，最高迁移率值约为每秒1000平方厘米/伏特。这些特性表明二维黑磷场效应晶体管在纳米电子器件的应用中具有巨大的潜力。