科技日報訊 （記者吳長(cháng)鋒 通訊員楊保國）記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗室陳仙輝教授課題組與復旦大學(xué)張遠波教授、封東來(lái)教授和吳驊教授課題組合作，在二維類(lèi)石墨烯場(chǎng)效應晶體管研究中取得重要進(jìn)展，成功制備出具有幾個(gè)納米厚度的二維黑磷場(chǎng)效應晶體管。研究成果日前在線(xiàn)發(fā)表在《自然·納米科技》雜志上。

　　單層原子厚度的石墨烯的發(fā)現，標志著(zhù)二維晶體作為一類(lèi)可能影響人類(lèi)未來(lái)電子技術(shù)的材料問(wèn)世。然而二維石墨烯的電子結構中不具備能隙，在電子學(xué)應用中不能實(shí)現電流的“開(kāi)”和“關(guān)”，這就弱化了其取代計算機電路中半導體開(kāi)關(guān)的用途?？茖W(xué)家們開(kāi)始探索替換材料，希望克服石墨烯的缺陷，并提出了幾種可能的替換材料，如單層硅、單層鍺，但這些材料在空氣中都不穩定，不利于實(shí)際應用。進(jìn)一步探索具有新型功能并可實(shí)際應用的二維材料具有十分重要的意義和挑戰性。

　　他們成功制備出基于具有能隙的二維黑磷單晶的場(chǎng)效應晶體管。與其他二維晶體材料相比，二維黑磷單晶材料更加穩定，但其單晶在常壓下不容易生長(cháng)。陳仙輝課題組博士生葉國俊利用學(xué)校購置的高溫高壓合成設備，在高溫高壓的極端條件下成功生長(cháng)出高質(zhì)量的黑磷單晶材料，為實(shí)現二維黑磷單晶材料奠定了基礎。隨后，陳仙輝課題組與張遠波課題組合作，利用膠帶進(jìn)行機械剝落的方法，從塊狀單晶中剝出薄片，附著(zhù)到鍍有一層二氧化硅的硅晶片上，并在此基礎上制備出場(chǎng)效應晶體管。

　　實(shí)驗顯示，當二維黑磷材料厚度小于7.5納米時(shí)，其在室溫下可以得到可靠的晶體管性能，其漏電流的調制幅度在10萬(wàn)量級，電流—電壓特征曲線(xiàn)展現出良好的電流飽和效應。晶體管的電荷載流子遷移率還呈現出對厚度的依賴(lài)性，當二維黑磷材料厚度在10納米時(shí)，獲得最高的遷移率值大約1000平方厘米每伏每秒。這些性能表明，二維黑磷場(chǎng)效應晶體管在納米電子器件應用方面具有極大的潛力。