(相關(guān)資料圖)
中科院上海技物所紅外科學與技術(shù)重點實驗室胡偉達、苗金水團隊與賓州大學德普·賈瑞拉教授合作，通過耦合局域場調(diào)控二維原子晶體能帶，實現(xiàn)硒族半導體/硅半導體異質(zhì)結(jié)隧穿電子的有效操控，為混合維度異質(zhì)結(jié)構(gòu)在高性能電子與光電子器件研制方面提供了理論與實驗基礎(chǔ)。相關(guān)成果于2022年10月28日以“Heterojunction tunnel triodes based on two-dimensional metal selenide and three-dimensional silicon”為題發(fā)表在國際期刊《自然·電子學》（Nature Electronics）雜志。
半導體中電子的輸運（漂移、擴散、隧穿等）對電子與光電子器件有著重要的影響。近年來，二維原子晶體因其外場可調(diào)的物理性質(zhì)，為突破電子與光電子器件的性能極限提供了機遇。然而，二維/三維異質(zhì)結(jié)器件中電子的產(chǎn)生與復合、隧穿等動力學過程以及外場調(diào)控機制尚不清晰，多功能器件的研制有待進一步發(fā)展。
針對上述問題，上海技物所研究團隊利用二維原子晶體無表面懸掛鍵以及能帶結(jié)構(gòu)易受局域場調(diào)控的物理特性，研究了二維硒族原子晶體與硅半導體異質(zhì)結(jié)中隧穿電子在柵極電壓與漏極電壓協(xié)同調(diào)控下的輸運行為。通過電容耦合的局域電場操控半導體異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電子band-to-band隧穿效率的有效操控，并成功觀測到負微分電導與齊納擊穿現(xiàn)象。基于二維/三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的器件，實現(xiàn)了6.4mV/decade的極低亞閾值擺幅以及高的電流開關(guān)比（106）。
苗金水研究員為該論文的第一兼通訊作者、德普·賈瑞拉為共同通訊作者。
圖1. （a）二維/三維范德華異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu)（b）異質(zhì)結(jié)器件的透射電鏡截面圖（c）局域場調(diào)控下的二維/三維范德華異質(zhì)結(jié)能帶（d）器件的輸出特性曲線
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