二維矽烯材料及器件的界面調控機理研究

《二維矽烯材料及器件的界面調控機理研究》是依託東南大學，由陶立擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：二維矽烯材料及器件的界面調控機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陶立
• 依託單位：東南大學

中文摘要

最新湧出的翹曲二維材料適用於研發新型或改良的微電子，光學及化學感應器，對於日常生活和國土安全都有著重要意義。 矽烯是由矽原子組成的類石墨烯結構的二維翹曲單原子層膜，且與主流半導體工業技術有著天然的材料和工藝相容匹配度和獨一無二的無縫技術轉化前景。相比於眾多的理論與計算研究，矽烯實驗研究則遠遠落後。主要原因是因在常溫常壓下的不穩定性。申請人提出了氧化鋁/矽烯/銀薄膜三明治封裝的方法來暫時穩定矽烯的界面，從而首次實驗上製得矽烯電晶體器件並成功觀測到與理論預期一致的雙極性載流子電傳輸現象【見2015年2月《自然-納米技術》一作文章】。儘管如此，矽烯材料或器件在去銀後的迅速失穩仍是阻礙實驗研究前進的絆腳石。本項目針矽烯研究中的這個瓶頸問題將展開涉及材料科學，表面物理化學與器件物理的基礎實驗研究；以期理解矽烯界面與銀和一些其它官能團相互作用的機理以及對電子聲子能級結構的影響，從而尋得妥善的界面調控。

結題摘要

最新湧現的二維單質半金屬半導體材料，如矽烯、磷烯，理論預計具有適中直接帶隙和較高載流子遷移率，在中高頻感測器、分子檢測、能源裝置等方面具有廣泛的套用潛力。迄今為止，實驗研究的主要挑戰是如何在常溫常壓環境中保持這類二維材料的穩定性和本徵性。本項目基於先前的矽烯三明治轉移及封裝工作，通過材料層數的精準控制和器件集成技術中界面物理化學調控兩種方法，成功地提高了矽烯器件工作壽命1000多倍！取得了國際領先的矽烯器件工作，得到5次國際會議邀請報告。本項目還運用物相、表面和電學等綜合表征方法，研究不同屬性的分子薄膜對矽烯表面穩定性和本徵性（如帶隙及電學性能）的影響，探討了其界面失穩的機理及相應的改善方案。研究取得的重要成果發表在高質量國際期刊（如影響因子＞40的Chem Soc Rev），並多次在國內外學術會議上作邀請報告。該研究為開發基於矽烯二維半導體材料的新穎納米器件套用提供重要科學線索和工程基礎。