Small Structures:二维材料基金属-半导体异质结的结构, 制备及应用

随着越来越多的新型二维材料被不断发现,二维材料已经涵盖了从绝缘体,到半导体,到导体的庞大家族。由于其原子级的厚度及光滑的表面,二维材料可以通过平面内水平拼接或平面外垂直堆叠的方式构建成水平异质结或垂直异质结。近期,基于二维材料的金属-半导体异质结吸引了大量的研究兴趣,通过将金属与半导体整合在二维结构中,其在输运,磁性等方面展现出很多单一二维金属或二维半导体中不存在的性质,并且其在电子器件,储能等领域展现出极大的应用前景。但是目前针对二维材料基金属-半导体异质结的相关研究较少,从材料制备到应用均有很大的探索空间,因而该领域仍处于研究的初级阶段并且急需科研工作者的密切关注。

最近清华大学清华-伯克利深圳学院成会明、刘碧录团队发表了题为“Structure, Preparation, and Applications of 2D Material-Based Metal–Semiconductor Heterostructures”的综述性文章,该文从二维材料基金属-半导体异质结的结构、制备及应用的角度对近年来此类异质结的研究发展进行了总结,并对其面临的挑战及今后的发展方向进行了深入探讨与展望。

该综述首先从结构和维度的角度对二维材料基金属-半导体异质结进行分类,并对每类结构的特点进行归纳。然后,文章对现有的二维材料基金属-半导体异质结的合成策略进行总结:对于水平异质结,主要围绕CVD生长和后处理方法进行介绍;对于垂直异质结,其方法主要包括范德华堆叠、CVD生长以及液相组装等策略。此外,基于金属-半导体异质结的奇特性质,文章对此类材料在电子器件和光电子器件、能源的储存与转化等方向的应用进行介绍,并讨论了此类材料在二维物理前沿探索中的重要性。最后,文章围绕着探索新型金属性二维材料、提高异质结制备可控性、理解异质结界面作用以及开发异质结应用这四个方面进行展望,为二维材料基金属-半导体异质结的下一步发展提供新的思路。相关综述在线发表在Small Structures (DOI: 10.1002/sstr.202000093)上。该论文通讯作者为成会明教授和刘碧录副教授,第一作者为博士生谭隽阳。该论文由国家自然科学基金委以及深圳市工信局、科创委和发改委等部门支持。