Nano Lett.：通過六方氮化硼隧穿觸頭介導的2D異質結構中的本征輸運

【引言】

最近，過渡金屬二硫族化合物由于它們在空間上受限時的獨特性質而進入材料研究的前沿，當這些范德華材料通過化學氣相沉積實現單層極限時，從塊體中機械剝離，它們表現出與其大量對應物基本上不同的現象。這些包括間接到直接的帶隙轉換。此外，二維材料可堆疊或縫合在一起形成范德華異質結構，為下一代光電子技術構建了創新設備。

【成果簡介】

近日，來自美國西北大學的Vinayak P. Dravid（通訊作者）的團隊在 Nano Lett.發表了題為Intrinsic Transport in 2D Heterostructures Mediated through h-BN Tunneling Contacts的文章，應用六方氮化硼（h-BN）隧道接觸方案來探測通過化學氣相沉積生長的橫向TMD異質結的特征。首先通過掃描光電流顯微鏡來測量穿過連接點的電子特性，然后闡明光電子產生機制。這項工作是第一次將這種封裝方案應用于橫向異質結構，并作為未來電子材料測量的參考。同時它也是一個框架，可以更準確地評估2D異質結構的電子傳輸特性，并更好地為未來的器件架構提供信息。

【圖文導讀】

圖1：MoS₂ / WS₂橫向異質結構

a: 固定費米能級在界面處導致肖特基勢壘的示意圖；

b: 通過六方氮化硼隧道層啟用的歐姆接觸的示意圖；

c: MoS₂/ WS₂橫向異質結構的原子模型；

d: 化學氣相沉積裝置的示意圖；

e: 封裝異質結器件的示意圖。

圖2 ：MoS₂ / WS₂橫向異質結構的表征

a: 橫向異質結構的拉曼圖；

b: 來自單個材料的拉曼光譜；

c: 光致發光圖；

d: 單個材料的光致發光光譜

e: 橫向異質結構的原子力顯微鏡圖；

f: 部分e中白色虛線上的原子力顯微鏡高度剖面圖；

g: 橫向異質結構的二次離子質譜（SIMS）圖譜。

圖3：封裝方法

a: 通過變化的柵極偏置輸出WS₂（a）和MoS₂（d）的曲線；

b: 在具有變化的柵極偏置的封裝的WS₂（b）和MoS₂（e）器件上的輸出曲線；

c: 跨非封裝WS₂（紅色曲線）、封裝WS₂（黑色曲線）、（f）跨非封裝MoS₂（紅色曲線）、封裝MoS₂（黑色曲線）的傳輸曲線；

圖4：封裝的結點的屬性

a: 描繪各種偏置方案對MoS₂/WS₂的能帶結構的影響；

b: 封裝結處的半對數輸出曲線；

c: 具有有和不具有照明的源極-漏極掃描。

圖5：掃描光電流映射分析

a: 正向偏壓下的光電流產生圖；

b: 在正向偏差狀態下橫過水平線的線掃描；

c: 反向偏壓下的光電流產生圖；

d: 沒有偏壓的光電流產生圖；

e: 在反向偏差和無偏倚狀態下對水平虛線進行線掃描。

【小結】

該團隊利用六方氮化硼封裝和隧道接觸方法來檢查通過CVD生長的MoS₂/WS₂橫向異質結的特性。使用常規金屬接觸幾何形狀存在強烈的整流行為，但研究人員注意到封裝結構的整流比下降了近2個數量級，這更能代表2D橫向異質結構性質，并且可用作未來電子測量的參考。同時通過h-BN隧道勢壘的光學透明特性實現了異質結構的光電測量，通過掃描光電流顯微鏡研究結果，能夠檢查導致橫向異質結構中沒有外部變量的光電流產生的機制。通過這項工作，他們強調二維材料的電子傳輸非常容易受到外部環境的影響，但借助于隧道接觸能夠保密地提取單層TMD及其異質結構的光電特性。

文獻鏈接：Intrinsic Transport in 2D Heterostructures Mediated through h-BN Tunneling Contacts（Nano Lett., 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b00444）

本文由材料人電子電工學術組楊超整理編輯。

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