清华深圳国际研究生院在宽禁带三元二维半导体方面取得新进展

集微网消息，近期，清华大学深圳国际研究生院刘碧录副教授团队成功剥离出单层和少层β-ZrNCl，并实验研究了其在二维形态下的特性。发现二维β-ZrNCl具有良好的空气稳定性，其拉曼散射光谱表现出明显的层数依赖特性。研究还发现基于少层β-ZrNCl的场效应晶体管的电流开关比达108。

图片来源：清华大学深圳国际研究生院

研究人员系统地探究了单层和少层ZrNCl的拉曼光谱及其与体相材料的区别。结果表明随着层数的减少，位于189 cm-1的A1g 特征峰出现了明显的红移，且峰强明显降低，并且当ZrNCl的层数降低至单层时，该峰消失。这些结果表明拉曼光谱可以作为一种快速且无损的手段来表征二维ZrNCl的层数。

同时，少层的ZrNCl表现出了良好的空气稳定性和电学性质。研究发现，将所制备的材料置于空气中数月后，原子分辨的原子力显微镜照片（AFM）显示样品表面晶体结构依然完整，且拉曼特征峰未发生明显偏移，说明样品具有良好的空气稳定性。为探究二维ZrNCl在电子器件方面的应用潜力，研究人员使用电子束光刻技术和电子束蒸发沉积技术，构建出以少层ZrNCl为沟道材料的背栅场效应晶体管器件。结果表明基于少层ZrNCl材料的器件的电流开关比达108，高于之前报道的其他宽带隙二维半导体材料。器件的场效应迁移率为3.15 cm2V-1s-1，远低于理论值，说明通过改善电极与材料之间的接触、优化器件构建工艺等方法有望进一步提高ZrNCl的电学性能。

相关研究成果以“宽带隙二维半导体β-ZrNCl的层数依赖拉曼光谱和电学应用”为题发表在国际期刊《Small》上。该研究得到国家基金委杰出青年科学基金，国家自然科学基金委重大项目，广东省创新创业团队项目，深圳市科创委、工信局等项目和部门支持。（校对/小北）