天津大學胡曉東教授課題組：利用光電摻雜實現可控、高性能反雙極性器件，并應用于多值反相器,實現高密度數據存儲

【研究背景】

反雙極性器件同時存在正跨導和負跨導，在邏輯電路設計中有著廣泛的應用前景如倍頻器，二進制相/頻移鍵控電路和三值反相器，其優勢在于可以簡化電路設計，進一步提高芯片集成度。但高性能反雙極性器件的制備，一直是一個難題。

近日，天津大學胡曉東、劉晶團隊和南加州大學Chongwu Zhou團隊，利用一種快速、非易失的光電摻雜方法，實現了任意MoTe₂/MoS₂異質結器件由雙極性到反雙極性可控轉變，且該反雙極性器件展現超高的開關比(達到10⁵ ，相比于之前同行的工作，提升了1-4個數量級)和大的開態電流(mA級)。另外，該反雙極性轉移特性曲線電導最大點可以隨光電摻雜線性可調。基于該反雙極性器件，團隊設計了可調的多值反相器，有望打破基本的2-bit位限制，實現高密度數據存儲。此外，該反雙極性異質結器件展現了優異的光伏特性和光電檢測性能。該成果以“Photo-Induced Doping to Enable Tunable and High-Performance Anti-Ambipolar MoTe₂/MoS₂ Heterotransistors”為題在線發表于ACS NANO雜志上，胡曉東教授、張代化教授和劉晶副教授為文章的共同通訊作者，2018級博士生武恩秀和解媛為文章第一作者和共同第一作者。

【圖文導讀】

圖1：器件原理圖、表征和電學特性圖

???

a:器件原理圖??b:器件SEM圖??c:材料拉曼表征圖??d:器件本征電學特性圖?e:異質結不同柵壓下的輸出特性曲線

圖2：器件在不同光電摻雜程度下的電學特性曲線

a,b:MoTe2和MoS2場效應管在不同光電摻雜程度下的電學特性

c:MoTe2和MoS2場效應管開啟電壓與摻雜程度的關系圖

d: MoTe2,MoS2場效應管及其異質結在光電摻雜后的電學特性

圖3：MoTe2/MoS2異質結在不同光電摻雜程度下的電學特性曲線

a,b:?MoTe2/MoS2異質結在不同光電摻雜程度下的電學特性

c,d:?MoTe2/MoS2異質結開態電流、電導最大值位置和電導最小點位置與摻雜程度的關系圖

e,f: MoTe2/MoS2異質結在不同程度摻雜下的輸出特性曲線及其整流比變化

圖4：基于反雙極性器件的多值反相器制備

a:反相器原理圖

b:不同源漏電壓下，MoTe2場效應管和異質結的電學特性

c:隨源漏電壓可調的多值反相器

d:反相器增益

圖5：基于反雙極性器件的光伏器件和光電探測器制備

a:異質結在不同光照強度下的輸出特性曲線

b:動態光電檢測圖

c:光響應度和光靈敏度與光照強度的關系圖

d:光電檢測速度示意圖

【小結】

利用一種快速、非易失的光電摻雜方法，實現了MoTe₂/MoS₂ 反雙極性異質結器件制備，并設計了基于該器件的多值反相器和光電探測器

文獻DOI和鏈接：

DOI: 10.1021/acsnano.9b00201

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.9b00201

通訊作者及團隊介紹：

胡曉東

天津大學教授。主持國家自然科學基金項目2項，國家973計劃課題1項，國家863計劃子項目3項，省部級重點項目2項，作為主要參與人完成國家和省部級項目10余項；近年在Science Advances，ACS NANO等國際頂級期刊上來發表學術論文100余篇；已授權發明專利10項，撰寫了2項國家標準.

劉晶

2013年11月至今任天津大學精密儀器與光電子工程學院副教授，2006年與2008年分別獲得華中科技大學光信息與技術專業學士和碩士學位，2012年12月獲得于美國密歇根大學生物醫學工程系博士學位。2014年入選天津市第十批青年千人項目，榮獲天津大學北洋青年學者骨干教師稱號。主要研究方向包括納米材料器件物理、納米材料傳感器，以及它們在柔性傳感、光電檢測和臨床醫療等領域的應用。2009年至今，在Science Advances，ACS NANO等國際期刊上發表SCI論文40篇，平均影響因子8.73，總引用800余次，h指數15。多次受邀參加國內外學術會議并做大會報告。承擔國家自然科學性基金和國家重點研發計劃等項目。

課題組微信公眾號：TJU_NanoMeasurem

本文由天津大學國家重點實驗室胡曉東教授課題組供稿，材料人編輯部編輯

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