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科學家實現(xiàn)六方氮化硼納米帶的帶隙調控

信息來源:本站 | 發(fā)布日期: 2023-07-17 10:34:01 | 瀏覽量:377730

摘要:

六方氮化硼(hBN)是具有與石墨烯類似的六角網(wǎng)狀晶格結構的寬禁帶半導體,其大帶隙和絕緣性質使其成為極佳的介質襯底材料,同時限制了其在電子學和光電子學器件中更廣泛的應用。與hBN片層不同,hBN納米帶(BNNR)可以通過引入空間和靜電勢的約束表現(xiàn)出可變的帶隙。計算預…

六方氮化硼(hBN)是具有與石墨烯類似的六角網(wǎng)狀晶格結構的寬禁帶半導體,其大帶隙和絕緣性質使其成為極佳的介質襯底材料,同時限制了其在電子學和光電子學器件中更廣泛的應用。與hBN片層不同,hBN納米帶(BNNR)可以通過引入空間和靜電勢的約束表現(xiàn)出可變的帶隙。計算預測,橫向電場可以使BNNRs帶隙變窄,甚至導致其出現(xiàn)絕緣體-金屬轉變。然而,如何通過實驗在BNNR上引入較高的橫向電場頗具挑戰(zhàn)性。

近日,中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所研究員王浩敏課題組、南京航空航天大學教授張助華團隊、中國科學院上海技術物理研究所研究員胡偉達團隊開展研究。合作團隊對水吸附鋸齒型BNNR(zBNNR)的帶隙調制進行系統(tǒng)研究。計算結果表明,吸附在zBNNR兩側的水產(chǎn)生了超過2 V/nm的橫向等效電場,從而縮小zBNNR的帶隙。通過邊緣吸附水分子,研究首次測量了zBNNR器件的柵極調制輸運和其對紅外光譜的光電響應,這利于基于hBN的光電性質的同質集成。該研究為實現(xiàn)基于六方氮化硼的電子/光電子器件和電路提供了新思路。

相關研究成果以Water induced bandgap engineering in nanoribbons of hexagonal boron nitride為題,在線發(fā)表在《先進材料》(Advanced Materials)上。

研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項(B類)、國家重點研發(fā)計劃與博士后創(chuàng)新人才支持計劃等的支持。

▲a.?在hBN表面上,Zn納米粒子蝕刻出兩個平行溝槽之間的zBNNR;b.?不同寬度BNNR的原子力顯微鏡(AFM)高度圖像。比例尺為50 nm。c.?水分子以六方冰形式吸附在zBNNR兩側邊緣的結構示意圖,由此誘導產(chǎn)生橫向電場。

▲a.?8nm寬的zBNNR器件在300K下,Vds從1V到50V,背柵電壓Vg從-65V到65V下的輸運曲線,開/關比超過103;b.?不同寬度zBNNR的輸運曲線;c.?器件的場效應和光電流開/關比與zBNNR寬度的關系;d.?在功率為35mW的1060nm激光照射下,兩個zBNNR器件中隨時間變化的光電流。它們的寬度分別為33nm和8.5nm。

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