南京郵電大學Nanoscale Advances：二維硅醚結構的理論預測

引言

硅烯在實際應用中存在一些嚴重問題：（1）硅烯是無帶隙的狄拉克半金屬，限制了其在晶體管領域的應用;（2）硅烯在空氣中容易氧化，導致其很難從襯底上分離。前期研究結果表明表面化學修飾（如氧化）可以有效鈍化硅烯表面，增強其穩定性，而且這種方式還能打開一個較大帶隙。但是，外來的氧原子破壞了硅烯的本征共軛π鍵，致使硅烯氧化物的載流子遷移率非常低（2-490 cm²?V^-1?s^-1），因此，設計集高載流子遷移率、高穩定性、寬帶隙于一身的新型硅烯氧化物有重要的研究意義。

成果簡介

南京郵電大學劉春生教授課題組基于二硅氧烷分子（SiH₃OSiH₃）組裝設計了一種新型的氧化硅烯材料，將其命名為“硅醚（silicether）”。該工作發表于Nanoscale Advances, 2020, 2，2835-2841。被編輯選為當期熱點文章（Nanoscale Advances HOT Article Collection）。

Figure 1 二維硅醚結構示意圖

硅醚是間接帶隙半導體（能隙：1.89 eV），在單軸應變作用下可以觸發間接-直接-間接帶隙轉變。硅醚中具有獨特的超共軛效應，導致其具有高的電子遷移率（6.4 ×10³?cm²?V^-1?s^-1）和面內剛度（107.8 N?m^-1）。硅醚在可見光區域到紫外光區域表現出良好的光吸收能力。由于硅醚層間相互作用微弱，雙層硅醚還具有相當大的帶隙和間接帶隙特性，并且易于剝離。我們選用Ag(100)作為襯底，二硅氧烷分子在襯底上的連續脫氫的活化勢壘均低于1.02 eV。因此，基于硅氧烷分子的脫氫、復合，有利于在適中的溫度下合成硅醚。綜上所述，二維硅醚結構將是下一代硅基半導體器件的最佳候選材料之一。

Figure 2 ?硅醚能帶及其在應變下的變化趨勢

本文由作者團隊供稿。