1315-01-1 / 基于大尺寸二硫化錫原子層的高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管

近年來(lái)，具有化學(xué)通式MX2 (M=Mo, W, Re, Sn等；X=S, Se, Te)的二維層狀過(guò)渡金屬硫族化物(TMDs)由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、物理特性和光電性能引起了人們極大的研究興趣。為了實(shí)現(xiàn)其在電子和催化方面工業(yè)化應(yīng)用，合成高質(zhì)量和大尺寸的TMDs仍至關(guān)重要。目前制備TMDs的主要方法是機(jī)械剝離和化學(xué)氣相沉積方法。機(jī)械剝離制備TMDs缺乏對(duì)尺寸，均勻性和厚度的可控性，生產(chǎn)效率低，無(wú)法大規(guī)模合成，限制了其在電學(xué)和催化方面的工業(yè)化應(yīng)用。另一方面，由于其在材料形貌，缺陷和結(jié)構(gòu)方面的精確控制，化學(xué)氣相沉積方法是目前制備大尺寸和高質(zhì)量TMDs最成功的方法。

二硫化錫(SnS2)是一種光電性能優(yōu)異的二維范德華半導(dǎo)體材料，該材料無(wú)毒、環(huán)境友好，含量較豐富而且易于制備。本征SnS2是n型半導(dǎo)體，通過(guò)對(duì)雙層SnS2進(jìn)行不同金屬插層可以使其導(dǎo)電類型從n型變?yōu)閜型或者從半導(dǎo)體態(tài)變?yōu)榻饘賾B(tài)。這極大地豐富了SnS2在電學(xué)，光學(xué)和催化方面的應(yīng)用。華東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院上海市極化材料多功能磁光光譜技術(shù)服務(wù)平臺(tái)胡志高科研團(tuán)隊(duì)與合作者北京航空航天大學(xué)宮勇吉科研團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用熔融鹽化學(xué)氣相沉積法合成出大尺寸(超過(guò)410μm)高質(zhì)量二維材料二硫化錫(SnS2)。研究了SnS2厚度與拉曼振動(dòng)模式之間的關(guān)系，使我們可以通過(guò)拉曼光譜直接判斷層狀SnS2的層數(shù)。掃描透射顯微鏡(STEM)結(jié)果表明，制備的高質(zhì)量SnS2是六角結(jié)構(gòu)且沒有缺陷或畸變。SnS2場(chǎng)效應(yīng)晶體管測(cè)試表明開關(guān)比可達(dá)108，同時(shí)遷移率2.58 cm2V-1s-1，顯示出良好的電學(xué)性能。此外，該團(tuán)隊(duì)還系統(tǒng)研究了溫度對(duì)晶體管電學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度低于275 K時(shí)，電子遷移率主要受限于電離雜質(zhì)散射；而當(dāng)溫度高于275 K時(shí)，聲子散射成為主要散射機(jī)制。研究者相信，SnS2優(yōu)異的電學(xué)性能和制備可控性會(huì)為二維TMDs在電催化、電子和光電方面的應(yīng)用打開一扇窗戶。