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彭海琳課題組報道溶液法制備高性能硒氧化鉍柔性薄膜和器件

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高遷移率二維半導體因其獨特的材料性能有望用于構筑后硅電子學器件。與典型的體相半導體相比,二維半導體薄膜的原子級厚度除了可有效抑制短溝道效應外,還兼具良好的柔性,這使其在柔性顯示和集成電路等領域具有廣闊的應用前景。目前,雖然大量的二維半導體材料體系相繼被開發出來,但高遷移率二維半導體薄膜便捷制備方法及其高性能柔性器件的構筑手段依然缺乏,阻礙了它們的實際應用。例如,通過化學氣相沉積或溶液法合成的過渡金屬二硫化物(如MoS2)薄膜通常具有相對較低的遷移率(<10 cm2/Vs)。此外,在柔性底上構筑高性能柔性器件仍具挑戰

年來,北京大學彭海琳教授一直致力于高遷移率二維材料(石墨烯、拓撲絕緣體、氧硫族半導體)的制備、物性與應用等方面的研究。近期開發了超高遷移率二維硒氧化鉍半導體芯片材料硒氧化鉍,Bi2O2Se),并構筑了高性能場效應晶體管和超快高敏紅外光探測器等器件(Nat. Nanotech.  2017, 12, 530; Nano Lett. 2017, 17, 3021; Adv. Mater. 2017, 29, 1704060; Nat. Commun. 2018, 9, 3311; Sci. Adv. 2018, 4, eaat8355; Nano Lett. 2019, 9, 197; Nano Lett. 2019, 19, 2148; Adv. Mater. 2019, 31, 1901964)。最近,彭海琳課題組發展了一種簡便、快速且可放量的高遷移率二維半導體Bi2O2Se柔性薄膜溶液輔助制備方法,將反應前驅體Bi(NO3)3?5H2O/乙二醇溶液旋涂到云母底上,經簡單的空氣加熱分解并結合硒化處理,即可合成高質量的二維Bi2O2Se薄膜表面連續平整厚度精確可調,可用來構筑高性能二維Bi2O2Se晶體管器件,其室溫霍爾遷移率高達~74 cm2/Vs遠高于目前已知的其他的二維半導體薄膜(如過渡金屬硫屬化合物)。此外,二維Bi2O2Se晶體管器件具有較好的柔性,能完好無損地從云母基底上轉移到柔性聚氯乙烯(PVC基底,并保持了優異的電學性能(場效應遷移率>100 cm2/Vs,開關比大于105和出色的電穩定性。因此,二維Bi2O2Se半導體薄膜兼具合成簡單遷移率穩定性以及易于轉移到柔性等優勢,這使有望用于下一代柔性電子學器件中此外,溶液輔助合成方法特有的元素組成調變優勢,為其他氧硫族半導體薄膜的合成摻雜提供了有力的參考和借鑒。

近日,該工作以High-mobility flexible oxyselenide thin-film transistors prepared by solution-assisted method為題發表在《美國化學會志》J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 2726-2731。北京大學彭海琳教授課題組剛出站博士后吳金雄博士(現為南開大學特聘研究員該工作的共同通訊作者,第一作者為北京大學博士研究生張聰聰,該工作的主要合作者還包括北京大學物理學院的高鵬研究員。該工作得到了來自國家自然科學基金、國家重點研發計劃北京分子科學國家實驗室等項目的資助

Bi2O2Se薄膜的溶液輔助制備方法及其高性能柔性晶體管

教師ftp
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