中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所紅外科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡偉達(dá)、苗金水團(tuán)隊(duì)，與美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)教授德普·賈瑞拉合作，通過(guò)耦合局域場(chǎng)調(diào)控二維原子晶體能帶，實(shí)現(xiàn)硒族半導(dǎo)體/硅半導(dǎo)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奠定了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。10月28日，相關(guān)研究成果以Heterojunction tunnel triodes based on two-dimensional metal selenide and three-dimensional silicon為題，發(fā)表在《自然-電子學(xué)》（Nature Electronics）上。 

半導(dǎo)體中電子的輸運(yùn)（漂移、擴(kuò)散、隧穿等）對(duì)電子與光電子器件具有重要影響。近年來(lái)，二維原子晶體因外場(chǎng)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(jī)遇。然而，二維/三維異質(zhì)結(jié)器件中電子的產(chǎn)生與復(fù)合、隧穿等動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及外場(chǎng)調(diào)控機(jī)制尚不清晰，多功能器件的研制有待進(jìn)一步發(fā)展。 

針對(duì)上述問(wèn)題，上海技物所團(tuán)隊(duì)利用二維原子晶體無(wú)表面懸掛鍵以及能帶結(jié)構(gòu)易受局域場(chǎng)調(diào)控的物理特性，探討了二維硒族原子晶體與硅半導(dǎo)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(yùn)行為。通過(guò)電容耦合的局域電場(chǎng)操控半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)，科研人員實(shí)現(xiàn)了電子band-to-band隧穿效率的有效操控，并觀測(cè)到負(fù)微分電導(dǎo)與齊納擊穿現(xiàn)象。基于二維/三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的器件，該研究實(shí)現(xiàn)了6.4mV/decade的極低亞閾值擺幅以及高的電流開(kāi)關(guān)比（10⁶）。 

（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(chǎng)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。 

（來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所）