近日，海洋研究院韓琳教授課題組在新型電子材料器件領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研究人員采用低晶格失配（1.1%）的Se與InSe的垂直范德華異質(zhì)結(jié)來(lái)改善金屬半導(dǎo)體接觸界面條件，可以有效的避免直接金屬化帶來(lái)的化學(xué)無(wú)序及費(fèi)米釘扎效應(yīng)。相關(guān)結(jié)果以“Low Lattice Mismatch InSe–Se Vertical Van der Waals Heterostructure for High-performance Transistors via Strong Fermi-Level Depinning”為題，發(fā)表于微尺度領(lǐng)域權(quán)威期刊《Small Methods》上（即時(shí)影響因子預(yù)測(cè)12.5-15），并被邀請(qǐng)為封面文章（Cover），山東大學(xué)為獨(dú)立通訊單位，韓琳教授和劉宏教授為通訊作者，山東大學(xué)碩士研究生姜建峰、中科院物理所研究生孟繁琪、濟(jì)南大學(xué)研究生程琦琳和講師王愛(ài)珠為共同第一作者。

目前國(guó)際上針對(duì)高性能的二維電子器件來(lái)說(shuō)，最核心的難點(diǎn)就是金屬與二維半導(dǎo)體材料之間的接觸問(wèn)題，特別是在低的工作電壓范圍和短溝道的器件中，它極大的阻礙了本征半導(dǎo)體材料高性能的發(fā)揮，這是電子器件的性能遠(yuǎn)低于其理論值主要因素之一。由于二維半導(dǎo)體材料表面界面的復(fù)雜性，直接在材料的表面蒸鍍金屬電極的傳統(tǒng)方式很難將接觸做到最好，如何優(yōu)化金屬與二維半導(dǎo)體的接觸界面是一項(xiàng)重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。直接蒸鍍金屬的過(guò)程引起了2D半導(dǎo)體材料表面的摻雜和損害，導(dǎo)致了接觸界面的化學(xué)無(wú)序和費(fèi)米釘扎。另外化學(xué)吸附在二維半導(dǎo)體表面的污染物（特別是水和碳?xì)浠衔铮┊a(chǎn)生的界面態(tài)，鉗住了二維界面的費(fèi)米能級(jí)，使得載流子在金屬和半導(dǎo)體之間的輸運(yùn)中有一個(gè)較高勢(shì)壘的存在，增加了接觸電阻降低驅(qū)動(dòng)電流。因此需要一種更加簡(jiǎn)便有效的策略去改善接觸條件以提高二維電子器件的性能。

針對(duì)上述難點(diǎn)，課題組發(fā)展了一種低晶格失配（1.1%）的Se與InSe的垂直范德華異質(zhì)結(jié)來(lái)改善二維接觸條件，這是一種簡(jiǎn)單有效的策略可以讓半導(dǎo)體表面避免了直接金屬化的破壞和化學(xué)無(wú)序。我們利用球差校正STEM為異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建提供了直接的證據(jù)，CVD方法生長(zhǎng)的二維Se與二維InSe之間形成的是范德化結(jié)。Se層不僅可以防止在InSe表面直接蒸鍍金屬導(dǎo)致的破壞，還可以對(duì)InSe進(jìn)行封裝以提高器件的穩(wěn)定性，超薄層Se的存在能夠有效的避免界面的費(fèi)米釘扎效應(yīng)。新型范德華異質(zhì)結(jié)器件具有高達(dá)2500cm2/V·s的超高場(chǎng)效應(yīng)電子遷移率，mA量級(jí)的開態(tài)電流，低至-0.7V的閾值電壓和1.4V的回滯。在兩個(gè)月的自然環(huán)境保存后，器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率只有3.46%的衰減。器件整體性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，此外在實(shí)際應(yīng)用中，與InSe器件相比，InSe-Se異質(zhì)結(jié)器件具有更快的光響應(yīng)時(shí)間和更寬的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍。研究組提出的InSe-Se異質(zhì)結(jié)策略是一種很有價(jià)值的方式，可以很容易的擴(kuò)展到其他的低維半導(dǎo)體，為構(gòu)建高性能的二維電子和光電子器件開辟了新的道路。研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、山東省杰出青年基金項(xiàng)目和山東省重大科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目的支持。

近兩年，韓琳教授及其研究團(tuán)隊(duì)在新型電子材料器件、生物醫(yī)學(xué)及其前沿交叉應(yīng)用領(lǐng)域取得一系列進(jìn)展。包括：低功率氮等離子體快速修復(fù)本征缺陷的高性能二電子器件（Small, 2019, 1901791. 正封底文章，IF: 10.856），基于微流控技術(shù)的單細(xì)胞分析（Small, 2019, 1905001. 封面文章，IF: 10.856），針對(duì)神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)原位檢測(cè)的高穩(wěn)定性的新型電子器件（npj 2D Materiuals and Applications, 2019, 3, 29. Nature旗下，2019 即時(shí)預(yù)測(cè)影響因子7.5-10），基于壓電子學(xué)效應(yīng)的高靈敏的二維壓力傳感器（Nano Energy, 2020, 70, 1044457. IF: 15.548）等高水平成果。相關(guān)工作被Materials Views China和材料人等學(xué)術(shù)媒體多次報(bào)道，被領(lǐng)域權(quán)威期刊Chem. Rev. Adv. Func. Mater. Research(AAAS)等多次引用報(bào)道，受到同行的廣泛關(guān)注。

相關(guān)文章鏈接為：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202000238
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201901791
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201970279
https://www.nature.com/articles/s41699-019-0110-x
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520300136。

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