InfoMat:基于WS2(1−x)Se2x/SnS2双层异质结的双沟道类型可调场效应晶体管

双极性二维半导体材料,如机械剥离得到的黑磷、二硒化钨和二碲化钼等,由于他们内部的主要载流子类型可以被栅极电压有效的调控,因此可以被用于实现一些具有新原理及新工作模式的新型电子器件,例如双极性存储器、逻辑整流器、逻辑光电子器件等。然而,由于缺陷等原因,化学气相沉积法(CVD)合成的二维半导体材料通常表现为单极性,这极大的限制了其在这一类光电子器件上的应用。湖南大学潘安练教授团队在InfoMat上发表了题为“Dual‐channel type tunable field‐effect transistors based on vertical bilayer WS2(1−x)Se2x/SnS2 heterostructures”的文章。该文章基于CVD法合成了纵向双层WS2(1−x)Se2x/SnS2异质结,实现了系列基于双沟道的载流子类型可调的场效应晶体管,丰富了二维材料在新一代电子和光电子器件方面的应用。

该文章利用两步化学气相沉积法合成了纵向双层WS2(1−x)Se2x/SnS2异质结。首先,利用WS2和WSe2混合物作为反应源在二氧化硅片上合成WS2(1−x)Se2x单层纳米片,然后将所得到的纳米片作为新的沉积“基底”用于沉积单层SnS2,得到双层WS2(1−x)Se2x/SnS2异质结。由于CVD得到的SnS2和WS2表现为N型,而WSe2则表现为P型,因此,WS2/SnS2异质结表现为强的N型转移特性,而WSe2/SnS2则表现为P型占主导的双极性。通过调控WS2(1−x)Se2x/SnS2异质结中底层WS2(1−x)Se2x单层纳米片中Se元素的比例(x),可以有效地调控沟道的载流子类型,进而实现了系列转移特性可调的场效应晶体管器件。此外,二维材料异质结体系中的能带排列调控对异质结的应用也起着至关重要的作用。这一体系中,WS2与SnS2构成Type-II的交错式能带排列类型,而WSe2与SnS2则构成Type-III的裂隙式能带排列类型,调控WS2(1−x)Se2x/SnS2异质结底层WS2(1−x)Se2x中的Se原子比例也可以实现异质结从Type-II到Type-III的转变,这也进一步丰富了WS2(1−x)Se2x/SnS2异质结体系的应用前景。

相关论文发表于InfoMat(DOI: 10.1002/inf2.12041)上。

团队简介:

潘安练教授团队长期致力于探索低维半导体纳米结构的可控生长,并聚焦其在纳米激光器、光波导、放大器、调制器和检测器等高性能集成光子器件上的应用,以实现低维材料的片上互连。近年来,潘安练教授课题组针对低维半导体材料能带调控和新型集成光子器件的基本科学问题开展了系统深入研究,发展了一套可控合成半导体异质纳米结构的普适方法,实现了多种新型半导体异质结构可控生长及在光信息器件上的应用,研究成果得到Nature Materials, Science Daily等多家国际学术机构和媒介的高度评价。相关成果已在Nat. Nanotech., Chem. Soc. Rev., Phys. Rev. Lett., Adv. Mater, JACS等国际顶级期刊上发表论文200余篇,并以第一完成人获得国家自然科学二等奖(2019)和湖南省自然科学一等奖(2010,2017)。