科學(xué)家結(jié)合異質(zhì)材料催生新一代電子元件

美國萊斯大學(xué)(Rice University)與橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)的科學(xué)家們，最近提升了采用單原子厚度半導(dǎo)體材料制作新一代電子元件的可能性；該研發(fā)團隊發(fā)現(xiàn)，他們能藉由蓄意在基板上導(dǎo)入缺陷，改善在化學(xué)氣相沉積(CVD)熔爐中制作出的二硫化鉬(molybdenum disulphide)單分子層(monolayer)。
該研究團隊并指出，將新開發(fā)的制程添加至先前他們在結(jié)合石墨烯與六角形排列氮化硼(boron nitride)材料上的研發(fā)成果，可提升制作出定制晶體的可能性，并實現(xiàn)包括場效電晶體、整合邏輯電路、光偵測器(photodetectors，MDS)以及軟性光電元件等的最佳化。

科學(xué)家對于兩種不同材料介面之間的二維電子氣(2-D electron gas)特性之研究，已經(jīng)持續(xù)許多年；石墨烯──也就是碳以單原子層模式六角形排列──展現(xiàn)了優(yōu)異的電子遷移率、熱傳導(dǎo)性以及強度，不過石墨烯這種卓越的導(dǎo)體并非唯一能呈現(xiàn)六角形單原子層排列的材料，還有屬于半導(dǎo)體的二硫化鉬，以及是一種絕緣體的六角形氮化硼(hBN)。

成員包括萊斯大學(xué)機械工程系與材料科學(xué)系教授Jun Lou、Pulickel Ajayan與Boris Yakobson，以及橡樹嶺國家實驗室院士Wu Zhou、研究員Juan-Carlos Idrobo的研究團隊，正在試圖結(jié)合以上三種材料來打造2D電子元件；該團隊先前已經(jīng)完成石墨烯與六角形氮化硼的結(jié)合，但二硫化鉬生長不易，早期CVD實驗所產(chǎn)出的是不實用的細(xì)小晶粒。

「二硫化鉬材料不像hBN與石墨烯，不容易成核(nucleate)；」亦參與該研究的萊斯大學(xué)研究生Sina Najmaei表示：「我們開始發(fā)現(xiàn)能藉由在基板上添加人造邊緣(artificial edge)，來控制其成核現(xiàn)象(nucleation)，而且現(xiàn)在該種材料在那樣的結(jié)構(gòu)之間生長效果較佳?！?BR>
萊斯大學(xué)教授Lou則表示：「現(xiàn)在我們能長出約100微米(micron)直徑的晶體顆粒，其寬度雖然還比人的頭發(fā)細(xì)，但在奈米世界里面已經(jīng)夠大。」

600)this.style.width=600;" border="0" />橡樹嶺國家實驗室所制作的二維二硫化鉬結(jié)構(gòu)示意圖(左)與實驗影像(右)—圖片由萊斯大學(xué)提供

當(dāng)萊斯大學(xué)研究團隊能長出上圖由橡樹嶺國家實驗室透過像差校正掃描透射電子顯微鏡看到的二硫化鉬晶粒時，研究團隊接著量測正規(guī)與缺陷結(jié)構(gòu)的能階(energy level)，并確認(rèn)了先前預(yù)測的現(xiàn)象，包括沿著二硫化鉬晶粒邊界運作的傳導(dǎo)「線」。

編譯：Judith Cheng

(參考原文： 2-D electronics: researchers improve hexagonal material，by Peter Clarke)