基于上述背景,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张凯研究员与湖南大学潘安练教授、深圳大学张晗教授合作,通过引入Au3SnP7缓冲层作为成核点诱导黑磷在硅基衬底上的成核生长,首次实现了大面积高质量黑磷晶体薄膜在硅基衬底的直接异质外延生长。所生长的黑磷薄膜厚度从几纳米到几百纳米范围内连续可调,具有良好的结晶性和优异的电学性质,室温下的场效应和霍尔迁移率分别超过1200 cm2V-1s-1和1400 cm2V-1s-1,开关比高达106,综合性能与传统机械剥离的黑磷单晶纳米片相当。同时,所生长的黑磷薄膜还表现出优异的红外吸收和光致发光特性。本工作突破了黑磷等高性能二维半导体在硅基直接异质集成的瓶颈,将大大推动新型集成光电器件和信息技术的发展和应用。
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硅衬底上高结晶性黑磷薄膜成核与生长过程示意图及相应形貌、结构表征
相关研究成果于2020年3月12日以“Epitaxial nucleation and lateral growth of high-crystalline black phosphorus films on silicon”为题发表在Nature Communications上。徐轶君博士、史鑫尧硕士和张玉双硕士为论文共同第一作者,张凯研究员、潘安练教授和张晗教授为共同通讯作者。
(来源:《半导体学报》微信公众号)