分析测试百科网 > 行业资讯 > 焦点事件

黑磷掺杂改性研究取得进展

2017.9.07

　　黑磷，作为新型的二维材料，具有可调的带隙（通过厚度调控）以及大于1000 cm2V-1s-1的电子迁移率，既能弥补石墨烯零带隙的不足，也能克服TMDCs载流子迁移率低的缺点，是高性能的纳米电子器件的优秀候选材料。本征黑磷是P型材料，空穴传输能力强，但电子传输能力很差。单极性特性使黑磷很难在互补型器件上发挥作用。因此，对黑磷进行N型掺杂是黑磷应用于半导体器件领域（如逻辑门、光电二极管、LED和太阳能电池等）的重要措施。

　　现有对黑磷进行N型掺杂的方法有三种。取代掺杂法，包括离子注入和等离子体处理等；表面电荷转移法，涉及气体分子、金属颗粒、有机物和氧化物；场致掺杂法，取代掺杂法可使少数二维材料完成N型掺杂，但会引入缺陷态以及电荷杂质散射中心导致载流子传输特性严重衰减。表面电荷转移法是一种有效掺杂的方法，但表面电荷转移法中引进的有机物等材料会导致器件不稳定还使得器件与传统半导体器件的兼容性差。场致掺杂中常用到的SixNy拥有高密度的正电荷中心（K+中心），该中心源于+Si≡N3的悬挂键。利用SixNy进行场致掺杂已应用于硅基太阳能电池和WSe2二维器件。此外，SixNy是传统的COMS相容材料，常用作于集成电路中的绝缘层和化学势垒等，SixNy也是防水的钝化材料。至今为止，仍没用报告利用SixNy的场致效应对黑磷进行N型掺杂。

　　中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张凯课题组致力于黑磷的生长、掺杂改性、器件制备和测试等研究工作，前期他们研究了用矿化剂辅助气相相变法生长硒掺杂黑磷以及在光探测器和飞秒激光器方面的应用，相关工作发表在small和J. Mater. Chem. C上。基于上述研究成果，近日张凯课题组等与深圳大学教授张晗合作，首次研究了利用具有场致效应的SixNy对黑磷进行N型掺杂，将P型黑磷转变成N型黑磷，电子迁移率达到176cm2V-1s-1。此外，研究人员通过原始的P-型黑磷和掺杂后的N型黑磷构造出了黑磷P-N结二极管，进一步制备出新型的黑磷基逻辑反相器。研究人员利用无挥发性、COMS兼容和稳定性较好的SixNy对黑磷进行N性掺杂，并设计出黑磷平面PN型二极管和黑磷逻辑反相器，该策略也为其他二维材料的掺杂提供了可行性方案。该项成果发表在Advanced Functional Materials上。

　　研究工作得到了中科院“百人计划”、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等的支持。

中国科学院

喜欢作者我要约稿