中科院科學家在層狀范德華異質結器件研究中取得進展

二維層狀材料因其具有新穎的電子/光電子性質和與硅基技術高度的兼容性而引起研究人員越來越多的關注。此外，不同的二維材料可以藉助弱范德華作用力自由地堆垛形成具有原子級平整界面的人工異質結構，這種異質結構通常被稱為范德華異質結。通過選擇不同的二維材料和特定的堆垛方式，各自的獨特性質可以有機地結合在一起。從這一研究角度出發，范德華異質結提供了一個全新的平台去研究新型電子和光電子器件性質。中國科學院科學家團隊——國家納米科學中心何軍課題組長期從事二維層狀范德華異質結在電子/光電器件方面的研究（Nano Letters2015, 15, 7558-7566;Advanced Functional Materials2016, 26, 5499-5506;Nano Energy2018, 49, 103-108）。近期，在構建非對稱范德華異質結，實現超高性能的多功能集成方面取得新進展。該研究成果日前以High-performance, multifunctional devices based on asymmetric van der Waals heterostructures為題在線發表在《自然-電子學》（Nature Electronics2018, 1, 356-361）上。同期的《自然-電子學》以Multifunctional devices from asymmetry為題撰寫了News & Views對該工作進行了專門評述。該工作已申請中國發明專利（專利申請號：201810564781.5）。

在該研究工作中，何軍課題組成功搭建了基於石墨烯、氮化硼、二硫化鉬和二碲化鉬的非對稱范德華異質結器件，並對其電輸運/光電特性以及存儲能力進行了系統的研究。在不同的偏壓條件下，電荷載流子注入類型可以在隧穿和熱激活之間切換。這種不對稱的傳輸行為通過變溫和光響應表徵得到了進一步的證實。得益於垂直傳輸的巨大可調性，該異質結器件可被外界電場有效地調節，並在多種功能上同時展現出優異的性能。許多性能指標均是目前范德華異質結器件中報道的最高值，包括超高的電流開關比（6×108）和明顯的負跨導，以及柵極可調的整流特性。在溫度為300 K和77 K時，電流整流比分別達到3×107和108。工作為光電探測器時，器件展現出高的光響應度（28.6 A/W）和光開關比（107），以及明顯的開路電壓和短路電流。該非對稱范德華異質結還可用作可編程整流器。通過對硅基底施加相應的擦除電壓和寫入電壓，器件展現出超高的擦除/寫入電流比（109）、可寫入的超高電流整流比（2×107）以及穩定的多級存儲態。更重要的是，存儲態和電流整流比可以通過寫入電壓和寫入時間連續地調節。該研究實現了超高器件性能與多種功能集成的有機統一，為探索新型電子及光電子器件提供了新思路。

該研究工作得到了國家重點基礎研發計劃、國家傑出青年科學基金等項目經費的支持。

國家納米中心層狀范德華異質結器件研究取得進展

（來源：中國科學院）

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