大面积范德瓦尔斯异质结阵列的通用合成
2021-01-12
二维材料具有原子薄的厚度，免疫短沟道效应等特性，开发基于二维材料的高性能晶体管和集成电路是实现下一代高速，低功耗数字电子产品的关键之一。大规模的异质结阵列化为此提供了一种非常可行的方案。目前大多数范德瓦尔斯异质结构（vdWH）都是通过机械剥离再堆叠得到的，但这种方法效率极低且不可控，是二维材料面向实际应用亟需克服的重大挑战。
针对这一问题，湖南大学段曦东教授与加州大学洛杉矶分校段镶锋教授合作，开发了激光烧蚀等技术在二维半导体过渡金属硫族化合物(s-TMDs)基底上定点制造缺陷阵列诱导金属TMDs (m-TMDs)在缺陷处的优先成核，最终成功制备了一系列m-TMD/s-TMD vdWH阵列并获得了12000个VSe2/MoS2阵列（良率达~99%），实现了异质结阵列的规模化制备。利用这种vdW接触制备的双层硒化钨晶体管开态电流高达900 μA/μm，该数值在所有已报道的单层或者双层TMDs室温半导体器件中是最高的，为制备可与硅晶体管竞争的二维材料晶体管带来了希望。本成果使得二维材料可控合成上了一个新高度，为高性能新型器件的量产化提供了新的思路，为二维材料在电子学、光电子学领域的实际应用奠定了坚实的基础。
研究成果于2020年3月11日以“General synthesis of two-dimensional van der Waals heterostructure arrays”为题发表在《Nature》（Nature，2020，579，368），李佳、杨向东、刘旸、黄勃龙为共同第一作者，段曦东教授、段镶锋教授为共同通讯作者。
