研究團隊利用鐵電極化場對低維半導體材料精準摻雜並構建多種電子...

2020-12-05 東方財富網

近年來，新型低維材料出現，其獨特結構和奇異物性備受關注，已在電子和光電子器件等領域顯現出其潛在的價值。

通過元素摻雜來調控半導體材料載流子類型及濃度是構建半導體功能器件的物理基礎。具體到新型低維半導體材料，如何實現對其載流子的精準調控，同樣是實現其豐富功能器件的必經之路。

近日，中國科學院上海技術物理研究所研究人員與復旦大學、南京大學、南京大學、華東師範大學及中科院微電子研究所的相關團隊通力合作，提出了利用非易失性的鐵電極化場對低維半導體材料的精準摻雜的新方法，並運用該方法構建了多種新型功能的電子和光電子器件。

研究人員提出了兩種利用鐵電極化調控構建低維半導體光電器件方法：

其一、通過納米探針技術極化鐵電薄膜，進而調控其覆蓋的低維半導體(自上而下方法)。加正向電壓，極化向下，半導體材料中注入電子；加負向電壓，極化向上，半導體材料中注入空穴。其特徵在於器件圖案可任意編輯、可擦除重新寫入、摻雜區域的空間尺寸精確，基於此方法研究人員構建了 p-n 結、BJT 電晶體及新型存儲等器件。

其二、構建裂柵結構，通過固態電極施加電壓極化鐵電薄膜，進而調控頂層低維半導體(自下而上)。其特點是實現了固態結構，極化充分，器件性能及穩定性更佳。運用上述兩種技術途徑，皆可實現結型光電探測器及光伏器件，器件探測波長可覆蓋可見 - 短波紅外波段。

該鐵電極化場調控低維半導體載流子的方法，為低維半導體功能化應用提供了新技術途徑。相關研究成果相繼在《自然 - 電子學》(doi.org/10.1038/s41928-019-0350-y)和《先進材料》(doi.org/10.1002/adma.201907937)等期刊公開發表。

（文章來源：與非網）

相關焦點

  • ...鐵電極化場對低維半導體材料精準摻雜並構建多種電子和光電子器件
    近年來，新型低維材料出現，其獨特結構和奇異物性備受關注，已在電子和光電子器件等領域顯現出其潛在的價值。通過元素摻雜來調控半導體材料載流子類型及濃度是構建半導體功能器件的物理基礎。具體到新型低維半導體材料，如何實現對其載流子的精準調控，同樣是實現其豐富功能器件的必經之路。
  • AM:非易失鐵電極化——構建低維半導體結型器件的新方法
    約八十年前被發現以來，p-n結已發展成為現代半導體器件的重要組成部分，傳統p-n結大部分是基於元素摻雜的體材料來實現。
  • 物理所低維半導體材料中的光生載流子高效抽取現象研究取得進展
    半導體材料中的光電轉換過程是光電探測器和太陽能器件的基礎，也一直是半導體材料和物理領域的研究熱點。傳統半導體物理理論認為：在低維材料中，光生載流子在形成後會弛豫到基態，由於受到量子限制，光生載流子難於逃離限制勢壘形成有效的光電流。因此，將低維半導體材料應用於光伏和探測器領域一直難以成功。
  • 低維半導體材料中的光生載流子高效抽取現象
    半導體材料中的光電轉換過程是光電探測器和太陽能器件的基礎，也一直是半導體材料和物理領域的研究熱點。傳統半導體物理理論認為：在低維材料中，光生載流子在形成後會弛豫到基態，由於受到量子限制，光生載流子難於逃離限制勢壘形成有效的光電流。因此，將低維半導體材料應用於光伏和探測器領域一直難以成功。
  • 中科院研發低維半導體技術:納米晶片直接「畫出來」
    中科院今天宣布，國內學者研發出了一種簡單的製備低維半導體器件的方法——用「納米畫筆」勾勒未來光電子器件，它可以「畫出」各種需要的晶片。隨著技術的發展，人們對半導體技術的要求越來越高，但是半導體製造難度卻是越來越大，10nm以下的工藝極其燒錢，這就需要其他技術。
  • 物理所低維半導體納米材料的結構與熱電特性研究取得進展
    低維半導體納米材料是未來納電子器件的基本組成單元，在電子、熱電、光電乃至能源等領域都有重要的應用。在過去的幾年中，中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）高鴻鈞研究組在新型硼低維納米材料的製備、性質和應用方面開展系統研究，取得許多有意義的成果【Adv. Funct.
  • 錳摻雜Cs4PbCl6零維鈣鈦礦納米晶激發態動力學研究
    然而，由於其絕緣體的本質，Cs4PbX6零維鈣鈦礦本徵在可見波段不發光，限制了其作為發光材料的應用範圍。錳離子摻雜是調控鈣鈦礦納米晶光、電、磁性能的一種有效手段。Mn2+在介質材料中的光學性能主要取決於其局域態的電子結構和激發態動力學，對Mn2+摻雜零維鈣鈦礦納米晶開展深入的光譜學研究對於提高其光學性能及應用至關重要。
  • 北理工在雙異價摻雜半導體納米材料可控制備方面取得新進展
    可控摻雜引起的精準能帶工程是光電新能源應用的半導體納米材料關鍵前提。近日，北京理工大學張加濤教授團隊利用表面空位成功克服離子交換反應當中的動力學勢壘，創新性提出了新的合成方法，在製備雙異價離子摻雜半導體納米晶/量子點的研究中取得重要進展，相關成果以「Unique Cation Exchange in Nanocrystal Matrix via Surface Vacancy Engineering Overcoming
  • ...記劉益春和「低維氧化鋅材料的載流子調控與功能化研究...
    東北師範大學紫外光發射材料與技術教育部重點實驗室研究員徐海陽說，「低維氧化鋅材料的載流子調控與功能化研究」項目在信息、民用以及軍事領域等方面有著廣泛的應用，它可以給人們的生產生活帶來實實在在的影響。  徐海陽表示，他所工作的實驗室已在紫外發光材料與器件研究方面取得了多項重要進展，其中榮獲2015年國家自然科學獎二等獎的「低維氧化鋅材料的載流子調控與功能化研究」項目是最具成果的一項研究。  據項目帶頭人、東北師範大學校長劉益春介紹，氧化鋅是一種重要的第三代半導體材料。低維氧化鋅更因其優異的光電特性和新奇的物理性質成為材料科學前沿。
  • 半導體納米晶摻雜能級及摻雜發光有效調控的新途徑
    因此，開發低溫、綠色的方法，實現半導體納米晶的深度取代摻雜而不是表面摻雜，避免「自清潔」問題，而且做到摻雜離子濃度的有效調控，尤其是異價金屬離子的取代摻雜(substitutional doping)，實現納米晶的n-型（多數電子）或p-型（多數空穴）導電，是摻雜亟需解決的科學難題。
  • 北京理工大學團隊在SPs熱電子注入效應助力光催化性能研究方面取得突破
    Surface plasmons (SPs) 熱電子注入效應，在清潔能源、環境治理、醫學診療、量子信息等諸多領域具有重要的應用前景。把具有高效光捕獲特性的SPs金屬微納結構與半導體微納結構相結合,可以提高傳統半導體器件的量子效率,其中SPs弛豫產生的熱電子是提高器件效率的關鍵。金屬@半導體核殼納米晶因為最大的異質接觸面積及可調的等離子體-激子耦合效應等，已成為當前世界上的研究熱點。
  • 南科大郭旭崗團隊n型有機和高分子半導體材料研究取得系列成果
    近期，我校材料科學與工程系（簡稱「材料系」）教授郭旭崗課題組在n型(電子傳輸型)有機和高分子半導體材料方面取得重要研究進展，先後在材料和化學領域高水平期刊連續發表5篇論文，包括《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society) 2篇，《德國應用化學》(Angewandte Chemie)，《先進材料》(Advanced Materials)，《
  • 南科大郭旭崗團隊n型有機和高分子半導體材料研究連發5篇頂刊
    近期，南方科技大學材料科學與工程系（簡稱「材料系」）教授郭旭崗課題組在n型(電子傳輸型)有機和高分子半導體材料方面取得重要研究進展，先後在材料和化學領域高水平期刊連續發表5篇論文，包括《美國化學會志》(Journal
  • :基於2D半導體可逆固態摻雜的可編程器件
    2D材料具有原子薄的幾何形狀，對短溝道效應具有較高的抵抗力，並具有較高的柔韌性、機械強度、出色的透明度和寬譜可調性。但是，與3D半導體不同，由於難以摻雜原子薄的晶格而又不嚴重降低其結構和電子性能，控制2D半導體中的載流子類型具有挑戰性。在2D半導體中選擇性地實現p型和n型載流子摻雜可以實現所需的邏輯功能，有望簡化電路設計和製造。
  • MIT 研究人員新發現:利用石墨烯,製備各種非矽半導體材料
    矽雖然不是最好的半導體材料，但它是迄今最容易獲取的半導體材料。由此，矽材料在電子器件領域佔據主要地位，比如傳感器、太陽能電池以及集成電路等。砷化鎵、氮化鎵以及氟化鋰等材料的性能勝過矽材料，但是目前用它們製備功能器件，成本仍十分高昂。而現在，MIT 的研究人員開發了一種新技術，可製備多種超薄的非矽半導體薄膜，比如砷化鎵、氮化鎵以及氟化鋰柔性薄膜。
  • :有機半導體n-型摻雜的光活化突破熱力學極限
    在過去的十年中已經開發出了多種穩定的分子p-型摻雜劑並且已經成功地部署在器件中，分子n-摻雜劑的研究也很活躍。然而，由於某些原因，適用於低電子親和力（EA）材料的空氣穩定的分子n-型摻雜劑仍然是研究的難點。n-型摻雜涉及到通過還原劑向半導體材料的電子傳輸軌道提供電子。
  • ...大學張立軍教授團隊InfoMat綜述—半導體光電功能材料的計算設計
    近日，吉林大學張立軍教授「半導體光電材料模擬與設計」團隊聯合華南師範大學劉準特聘研究員與李京波教授所在的「新型半導體摻雜機制研究及器件應用」團隊在Wiley出版集團新推出的信息材料領域高影響力期刊InfoMat上發表了題「Computational functionality‐driven
  • 基於二維半導體可逆摻雜的可編程電子產品
    然而，不幸的是，由於這些材料的晶格內摻入雜質摻雜劑的空間有限（控制半導體材料的載流子類型和電子性能至關重要的過程），控制這些材料的電子性能可能非常具有挑戰性。加利福尼亞大學洛杉磯分校的研究人員最近設計了一種方法，可以開發由2D半導體製成的可編程設備。
  • 下一代電子信息材料與器件高峰論壇暨2020年第三屆低維材料應用與...
    下一代電子信息材料與器件高峰論壇暨2020年第三屆低維材料應用與標準研討會(LDMAS2020)(第一輪通知)（2020年12月5-8日 無錫）       集成電路是信息產業的基石
  • 復旦大學在超分子組裝合成新型半導體納米線氣敏材料研究取得進展
    該研究團隊利用有機嵌段共聚物與無機雜多酸分子之間的協同共組裝，首次直接合成了三維等間距、正交排列的金屬氧化物半導體納米線多孔陣列結構，且該材料展示出優異的氣體傳感性能。該組裝方法為創製新穎半導體納米線陣列、納米線功能化修飾（如原位摻雜等）、微納器件原位集成等提供了全新的研究思路，也為發展先進能源器件、微納感知電子元件、智能裝備等打下重要的基礎。