华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心
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吴燕庆教授团队在黑磷的电输运特性研究上取得进展

发布日期:2017-12-16    作者:     来源:     点击:

(通讯员 李学飞)12月13日,《纳米快报》(Nano Letters)在线刊发了国家脉冲强磁场科学中心吴燕庆教授课题组的关于二维黑磷与金属接触的电输运性质的研究新成果。该论文题目为“Anomalous Temperature Dependence in Metal–Black Phosphorus Contact ”。我校为本论文第一单位,国家脉冲强磁场科学中心副研究员李学飞为论文共同第一作者,吴燕庆教授为论文共同通讯作者,其余作者包括课题组成员李思超,李调阳,熊雄,以及明尼苏达大学电输运理论Tony Low课题组。

黑磷是近年来新发现的一种新型二维层状半导体材料,与石墨烯相比最大优势在于拥有带隙,且其为直接带隙半导体,具有各向异性,制备的晶体管开关比104以上,迁移率1000 cm2/V·s左右。这表明,二维黑磷场效应晶体管在纳米电子器件应用方面具有极大的潜力。由于磷的超薄特性,金属与少层磷接触的性能与经典金属-半导体肖特基结表现出不同的输运特性,基于此类肖特基结的载流子的输运机制目前也并不清楚。针对这个问题,我们研究了不同温度下金属-磷接触的输运性能。我们阐明了使用经典的热发射理论得到的负肖特基势垒的缘由,并且解释了在转移曲线中观察到的金属-绝缘态转变的现象。我们发现背栅电压可以调节金属-磷之间的肖特基势垒高度,当背栅电压超过零界点时,肖特基势垒变得很小,此时经典的热发射理论不能再用来描述载流子的输运。在背栅电压的作用下,载流子从高能尾态(次能带)遵守的麦克斯韦-玻尔兹曼分布转变为低能态费米面电子遵守的费米-狄拉克分布,因此导致了金属-绝缘态转变,并且基于此确认了两种独立的受到隧穿限制的输运区域。我们的实验与理论结果相一致,该结果对层状黑磷半导体的机理研究和电学应用具有重要的理论和实际意义。

以上工作得到了中组部“青年千人计划”,国家自然科学基金委员会及我校等各类项目资助,并得到强磁场科学中心实验平台的大力支持。

论文链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.7b02278