目前位置:主選單>中心公告

二維黑磷電子應用前景「穩定」看好

公告類型: 奈米新知
點閱次數: 359

基於對石墨烯的興趣,吸引研究人員開始探索否有具備類似「神奇」特性、適合用於次世代裝置的其他二維材料。磷塊材具有二維材料中最受研究人員歡迎的特質­──高遷移率以及寬能隙,然而二維黑磷(phosphorene)單晶卻因為穩定性不佳、電子遷移率相對平庸,限制其在電子元件方面的應用。最近美國科學家藉由將二維黑磷單晶夾在氮化硼薄膜之間,解決了上述問題。

石墨烯的電子遷移率高達100,000 cm2/V·s,對新科技極具吸引力,但卻因缺乏能隙而不適合直接用於電子元件中。研究人員轉而研究其他二維材料,然而這些材料多半遷移率較低(20–200 cm2/V·s)。黑磷塊材的遷移率高達60,000 cm2/V·s,科學家因此對其二維的同素抱持期望──前提是其狀態須保持穩定。二維黑磷會與氧或水產生反應,雖然速度很慢,但仍能在一到兩天之內損壞元件。此外,儘管二維黑磷遷移率(1000 cm2/V·s)高於部分二維材質,與石墨烯仍有顯著差距。

最近,由加州大學河濱分校的Chun Ning Lau指導的研究團隊將二維黑磷單晶夾在六方晶格的氮化硼(hBN)之間,解決了黑磷穩定性的問題。氮化硼的包夾能隔絕二維黑磷單晶與空氣的接觸。氮化硼是良好的絕緣體。原子結構平坦、沒有懸鍵,可以減少雜質或表面凹凸造成的電子散射。二維黑磷單晶的電子特性因此獲得提升。

這是首度藉由上下包夾二維黑磷來提升其穩定性與遷移率。製造此元件的技術挑戰包括將二維黑磷單晶與氮化硼薄膜連續轉移到其他層上,並確保層間接觸良好。該元件暴露於空氣中超過兩週仍保持穩定,證明穩定性已獲得解決。其遷移率高達4000 cm2/V·s,為石墨烯以外目前遷移率最高的二維材料。

研究人員發現遷移率在較低溫時大幅增加,相對地,電阻的增加則顯示材料由金屬性轉變至絕緣性。他們也在外加磁場下增加閘極電壓並測量電阻值,結果顯示電阻中會產生所謂的Shubnikov–de Haas振盪。此振盪乃電流中的電子與磁場產生交互作用,進行量子化的迴旋運動的結果,可藉此求得迴旋載子的有效質量。

Lau指出這是首次於非石墨烯的二維材料中觀察到量子震盪,也代表多了一個探索量子過程與現象(如量子霍爾效應)的二維平台。詳見近期出刊的2D Materials | DOI: 10.1088/2053-1583/2/1/011001。


原始網站:https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=news&mod=welcome&action=show&gid=1006
發布日期: 2015/01/26
發布人員: 王芊樺