倒置范徳華堆垛開展隧穿晶體管器件研究獲突破

　　 近日，中科院金屬所研究人員利用范徳華人工堆垛技術，在少數原子層硫化鉬與金屬電極之間插層高質量六方氮化硼（h-BN）隧穿結構，成功制造出能夠通過門電壓調制的雙極反向整流器件。

　　該項研究工作由沈陽材料科學國家（聯合）實驗室磁學與磁性材料研究部研究員張志東與韓拯主持，國內外多家科研單位共同合作完成，研究成果在單個納米器件中集成了場效應管與多工作組態二極管，有望開辟基于二維原子晶體的超微型信息器件的新途徑，并在線發表于英國《自然—通訊》期刊。

　　眾所周知，高質量層狀垂直異質結的制備，通常需要利用超高真空分子束外延生長等手段。然而，此類制備方法對外延材料的基底晶格匹配等要求較高。范徳華堆垛方法是近年來興起的凝聚態物理研究前沿之一，其利用層狀材料的范徳華結合力，將不同的二維、準二維材料人工堆垛成為任意異質結構，可以大大降低受基底材料的局限。

　　該方法一經發明，立刻在凝聚態物理領域引發了全球范圍的研究熱潮。目前，該體系已經在介觀尺度下實現了由超高質量界面引起的整數與分數量子霍爾效應、電子光學等新奇物理特性。

　　金屬所研究人員發明了倒置范徳華堆垛的新方法，解決了傳統范徳華垂直異質結構難以獲得高質量超薄頂層的結構性難題，目前已申請中國ZL一項。基于上述倒置轉印范徳華堆垛的制備方法，金屬所研究人員以少數層二硫化鉬為研究體系，利用超薄（少數原子層）的六方氮化硼作為范德瓦爾斯異質結的隧穿層，系統開展了隧穿晶體管器件研究。

　　研究表明，通過在金屬Au（金）和半導體硫化鉬界面之間引入隧穿h-BN，可有效降低界面處的肖脫基勢壘，從而實現通過局域石墨背柵的對通道硫化鉬費米能級的精確靜電調控。所獲得的硫化鉬隧穿晶體管僅通過門電壓調控即可以實現具有不同功能的整流器件，包括pn二極管、全關、np二極管、全開器件。

　　這項工作利用電子隧穿，首次將雙向可調的二極管和場效應管集成到單個納米器件中（過去要通過集成電路才能實現），為未來超薄輕量化、柔性多工作組態的納米器件開創了新的研究方向。