段鑲峰&黃昱最新Nature:溶液法制備高性能大面積電子產品

liunian 5年前 (2018-10-04) 5113瀏覽

【引言】

由范德瓦爾斯力束縛的原子級薄晶體層組成的二維（2D）材料因其在各種技術（包括電子學，光電子學和催化學）中的潛力而備受關注。特別地，溶液法制備的2D半導體（例如MoS₂）納米片是用于大面積薄膜電子器件的值得關注的部分。傳統的零維和一維納米結構（分別為量子點和納米線），其通常受到表面懸掛鍵和相關的捕獲狀態的困擾，與其相反，2D納米片具有自由懸掛鍵的表面。通過堆疊多個納米片而形成的薄膜具有原子清潔的范德瓦爾斯界面，因此可以實現優異的電荷傳輸。然而，制備高質量的溶液法2D半導體納米片仍然是一個挑戰。

【成果簡介】

加州大學段鑲鋒教授，黃昱教授（通訊作者），第一作者Lin Zhaoyang在Nature發表一篇題為"Solution-processable 2D semiconductors for highperformance large-area electronics''的文章。本文報道了制備高度均勻，可溶液加工，純相半導體納米片的一般方法，其涉及將季銨分子電化學嵌入二維晶體中，然后進行溫和的超聲處理和去角質過程。通過精確控制嵌入化學，獲得了具有窄厚度分布的純相的半導體2H-MoS₂納米片。然后將這些納米片進一步加工成高性能薄膜晶體管，其室溫遷移率約為每平方厘米10平方厘米，開/關比率為10⁶，大大超過先前溶液法制備的MoS₂晶體管所獲得的值。大面積薄膜晶體管陣列的可擴展制造使得能夠構建功能邏輯門和計算電路，包括反相器，NAND，NOR，AND和XOR門以及邏輯半加器。此外，該方法應用于其他2D材料，包括WSe₂，Bi₂Se₃，NbSe₂，In₂Se₃，Sb₂Te₃和黑磷，展示了其制備多功能2D材料的潛力。