【儀表網 研發快訊】中國科大宋禮教授團隊提出了原位晶疇工程的精準合成新方法，克服了傳統外延生長中對二維材料本征缺陷構型和分布難以同時控制的局限性，成功實現了單層二硫化鎢橫向同質結(WS2Lateral Homojunctions)的可控化學氣相直接外延生長。相關研究成果以“Growth of Monolayer WS2 Lateral Homojunctions via In Situ Domain Engineering”為題于6月13日發表在國際學術期刊《美國化學會志》上。
二維過渡金屬硫化物因其在原子尺度下具備優異的電學特性，是突破傳統硅基半導體性能的理想材料之一，然而為了實現復雜的器件應用，原子層厚度低維單元需要具有不同的場效應調制行為。利用縱向范德華力或橫向原子成鍵能夠無損集成具有不同特性的二維材料，形成特異的同質結或異質結。其中，二維橫向同質結不但具備可調諧的電學特性，還具有獨特的原子級潔凈的界面，基于二維同質結的各類感存算器件已展現出巨大的性能優勢。當前，由于可供選擇的原子種類受到嚴格限制，直接外延生長二維過渡金屬硫化物的同質結仍面臨巨大挑戰。
圖1.原子層厚度二維同質結的精準合成示意圖及邏輯反相器
研究團隊首先通過理論計算和模擬，確定了最優本征缺陷構型，進一步利用兩步化學氣相沉積法，在晶疇水平上原位調控缺陷結構，最終獲得具有特定缺陷結構和分布的二維同質結。分析測試結果表明，此類二維同質結不僅具備不同的電學場效應特性，更重要的是其界面處同時實現了理想的原子晶格匹配和定制的能帶結構匹配。基于二維WS2同質結構建的邏輯反相器展現出良好的軌到軌操作特性，其峰值電壓增益達到12，動態延遲時間約為135微秒，峰值功耗低至1.3納瓦。
論文的通訊作者是中國科大宋禮教授、武曉君教授和新加坡南洋理工大學劉政教授，崔其龍博士和壽宏偉博士為共同第一作者。上述研究得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院先導專項、中國科大基礎前沿團隊等項目的資助。
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