Small Methods: 超宽禁带二维半导体发展历程与挑战

超宽禁带二维半导体具有超宽的禁带宽度和超薄的厚度,一方面可以在高温下工作,是开发大功率、低功耗、耐高温、高频率半导体器件的理想材料;另一方面可以吸收和辐射高能量的光子,成为制造短波长的半导体激光器和紫外探测器等器件首先,在未来更轻、更薄、更快、更灵敏电子及光电子器件中具有得天独厚的优势。

中国科学院半导体研究所魏钟鸣研究员,和郑州大学单崇新教授许群教授等人系统综述了超宽禁带二维半导体的研究进展,论文的第一作者为博士生杨文。着重介绍了超宽禁带二维半导体典型的晶体结构和物理性质,包括原子结构、光学性质、电学性质、光电性质和热性质,解析了材料的晶体结构与物理性质的关系。概述了近年来超宽禁带二维半导体材料的最新的制备策略及基于维超宽禁带半导体材料在电子、光电子、柔性显示等领域的最新进展。最后,分析了在超宽禁带二维半导体材料发展过程中面临的挑战和机遇。

图1.基于超宽禁带二维半导体器件的发展时间表及趋势图

本综述中宽禁带二维半导体材料涵盖了金属氧化物、金属氯化物、金属硫化物、金属氮化物、钙钛矿氧化物等类型,层状材料和非层状材料包含在内。

图2. 典型二维层状和非层状超宽禁带半导体带隙分布

作者概述了近年来超宽禁带二维半导体材料的最新的合成技术,包括自上而下的方法:液态金属印刷技术制备二维宽禁带金属氧化物,机械剥离法制备层状的金属氧化物,离子交换剥离的方法制备层状钙钛矿氧化物;自下而上的方法:化学气相沉积的方法制备氯化物或硫化物、外延生长的方法制备非层状金属氧化物或分子晶体、水溶法制备钙钛矿氧化物。

图3.超宽带隙二维半导体材料的合成策略

在器件应用方面,着重介绍了基于超宽禁带二维半导体材料的光电探测器这一领域的应用进展,得益于该领域扎实的工作,本综述还讨论了超宽禁带二维半导体在未来应用中的挑战和机遇,这为实现性能优异的器件提供了借鉴。

表1 基于典型的二维宽带隙半导体或传统超宽带隙半导体的光电探测器性能表

2D Ultrawide Bandgap Semiconductors: Odyssey and Challenges

Wen Yang, Kaiyao Xin, Juehan Yang, Qun Xu, Chongxin Shan, Zhongming Wei*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202101348

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202101348