1315-01-1 / 基于大尺寸二硫化錫原子層的高性能場效應晶體管

近年來，具有化學通式MX2 (M=Mo, W, Re, Sn等；X=S, Se, Te)的二維層狀過渡金屬硫族化物(TMDs)由于其獨特的結構、物理特性和光電性能引起了人們極大的研究興趣。為了實現(xiàn)其在電子和催化方面工業(yè)化應用，合成高質(zhì)量和大尺寸的TMDs仍至關重要。目前制備TMDs的主要方法是機械剝離和化學氣相沉積方法。機械剝離制備TMDs缺乏對尺寸，均勻性和厚度的可控性，生產(chǎn)效率低，無法大規(guī)模合成，限制了其在電學和催化方面的工業(yè)化應用。另一方面，由于其在材料形貌，缺陷和結構方面的精確控制，化學氣相沉積方法是目前制備大尺寸和高質(zhì)量TMDs最成功的方法。

二硫化錫(SnS2)是一種光電性能優(yōu)異的二維范德華半導體材料，該材料無毒、環(huán)境友好，含量較豐富而且易于制備。本征SnS2是n型半導體，通過對雙層SnS2進行不同金屬插層可以使其導電類型從n型變?yōu)閜型或者從半導體態(tài)變?yōu)榻饘賾B(tài)。這極大地豐富了SnS2在電學，光學和催化方面的應用。華東師范大學物理與電子科學學院上海市極化材料多功能磁光光譜技術服務平臺胡志高科研團隊與合作者北京航空航天大學宮勇吉科研團隊應用熔融鹽化學氣相沉積法合成出大尺寸(超過410μm)高質(zhì)量二維材料二硫化錫(SnS2)。研究了SnS2厚度與拉曼振動模式之間的關系，使我們可以通過拉曼光譜直接判斷層狀SnS2的層數(shù)。掃描透射顯微鏡(STEM)結果表明，制備的高質(zhì)量SnS2是六角結構且沒有缺陷或畸變。SnS2場效應晶體管測試表明開關比可達108，同時遷移率2.58 cm2V-1s-1，顯示出良好的電學性能。此外，該團隊還系統(tǒng)研究了溫度對晶體管電學性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當溫度低于275 K時，電子遷移率主要受限于電離雜質(zhì)散射；而當溫度高于275 K時，聲子散射成為主要散射機制。研究者相信，SnS2優(yōu)異的電學性能和制備可控性會為二維TMDs在電催化、電子和光電方面的應用打開一扇窗戶。