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合成高质量黑磷单晶的新方法
发表时间:2016-04-21  点击:904

黑磷是重新进入人们视野的一种元素半导体。黑磷具有三种相结构,其中正交相黑磷是具有层状结构,可以通过机械剥离方法制备类似石墨烯的极薄的黑磷。这种极薄的黑磷称为磷烯。因其载流子迁移率高、带隙可调控的特性,磷烯在石墨烯之后作为一种新的二维材料引起了人们浓厚的研究兴趣,在电子学以及光电子学领域展现了巨大的应用潜力,也为研究凝聚态物理等领域的一些热点问题提供了理想的材料模型。

目前,获得大尺寸磷烯的途径主要依赖于从正交相黑磷体块单晶中通过剥离技术得到。已有的正交相黑磷体块单晶生长技术要么对实验装置要求苛刻,要么依赖于高毒性的原料,不利于大尺寸、高质量正交相黒磷体块单晶的合成,阻碍了磷烯这种新的二维材料的研究和实际应用。

最近,清华大学化学系严清峰课题组发展了一种两步加热化学气相传输法,实现了高转化率的、毫米级正交相黒磷体块单晶的制备。首次运用X射线摇摆曲线研究了所合成的正交相黑磷单晶, 得到的摇摆曲线的半高峰宽为21.65弧秒,揭示了其优异的单晶质量。随后,该课题组与清华大学微电子研究所任天令课题组合作,采用全干法转移技术制备了基于机械剥离的~6 nm厚的磷烯的底电极结构场效应晶体管(FET),器件表现出目前最高纪录的空穴迁移率(1744 cm2 V-1 s-1)和高的开关比(~104)。该结果进一步证实两步加热化学气相传输法合成的正交相黑磷单晶具有优异的晶体质量。


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