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二维材料近些年得到了科学界和工业界的广泛关注,被认为是有可能成为新一代半导体集成电路的重要基础材料之一。然而,目前已报道的二维材料半导体器件制备工艺复杂,尚无法实现完全的自动化生产。在本工作中,陈峰、谭杨团队在聚焦离子束二维材料改性的研究基础上,提出了一种利用聚焦离子束直写制备二维材料二极管的新方法,并利用其实现了在整流电路、高频滤波电路和逻辑门等电路中的实际应用。该工作使用聚焦离子束在二硒化钼/石墨烯(MoSe2/graphene)异质结源极和漏极之间的部分区域进行离子辐照,Ga+离子轰击使在异质结上层的硒原子被溅射而形成缺陷,造成辐照区域表面功函数的降低并使其变为准金属态。由于辐照区和非辐照区之间功函数的差异和能级结构的变化,其交界处形成类似于石墨烯-金属接触的类肖特基势垒,从而对源极和漏极之间的电荷传输起到了整流作用。利用该方法制备的二维材料横向二极管,其整流比可以达到~104,其反向恢复时间仅为0.29微秒,相关性能与部分商用硅基二极管相当。该方法简单、直接,成本低廉,且由于聚焦离子束技术高度成熟,因而可以实现二维材料器件的自动化生产,为未来二维材料集成电路的应用提供了一种有意义的解决方案。
该工作得到了国家自然科学基金重点项目、山东省泰山****攀登计划、晶体材料国家重点实验室等的大力支持。
论文链接:Direct-Writing of 2D Diodes by Focused Ion Beams