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防止黑磷在空氣中降解有望了

公告類型: 奈米新知
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美國科學家發現,以氧化鋁(alumina)包覆黑磷(black phosphorus)能防止後者在空氣中降解(degrade)。穩定的亞磷(phosphorene)可望應用在低功率奈米電子元件上,其中包括能在可見到近紅外波段操作的光偵測器。

亞磷塊材是能隙寬約0.3 eV的半導體,載子遷移率高達1000 cm2/V,室溫下開關比約104-105黑磷則是單原子層厚的亞磷薄片,它就像其他二維材料於石墨烯及過渡性金屬硫屬化合物(TMDC)一樣,與塊材有截然不同的電子及機械特性,因此能應用在許多新穎裝置中。黑磷的結構也類似石墨烯,具有磷原子排列成蜂巢晶格的層狀結構,層與層間則以凡德瓦力維繫。黑磷的載子遷移率也很高,但是材料卻變得不穩定,在空氣中很快就氧化,這種降解現象嚴重影響材料的特性。

最近西北大學的Mark Hersam等人利用原子力顯微鏡(AFM)、靜電力顯微鏡(EFM)、穿透式電子顯微鏡(TEM)X光光電子能譜(XPS)及傅立葉轉換紅外光譜術(FTIR)來研究亞磷的氧化過程。他們以原子層沉積術(atomic layer deposition)將亞磷鍍上AlOx批覆層,然後比較以上述顯微術觀察有無批覆層的亞磷的氧化過程。

XPSFITR光譜顯示磷塊材接觸空氣就氧化,AFMTEM影像讓該團隊得以目睹氧化過程,而EFM的電性測量結果反應了黑磷製成的場效電晶體因材料降解而導電性下降。

氧化會導致黑磷場效電晶體的開關比在48小時內下降約1000倍,以AlOx批覆的黑磷的對照組則沒有這個現象,甚至曝露在空氣中兩週後依然保持高載子遷移率。Hersam指出,其他批覆材料如金屬或聚合物或許也能防止黑磷的降解,但可能不像他們採用的簡單AlOx原子批覆層那麼容易測量。

由於大部份實際應用是在空氣而非真空中,這種包覆方法對於製作以黑磷為基材的新一代電子及光電元件相當重要。該團隊目前正以解析度更高的方法研究這種材料,以瞭解黑磷在空氣中降解確實的結構及化學機制。詳見近期的Nano Letters | DOI:10.1021/nl5032293


原始網站:https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=news&mod=welcome&action=show&gid=998
譯者/譯者服務單位:奈米科學網   責任編輯:
發布日期: 2014/12/22
發布人員: 王芊樺