研究透视：北大彭海琳Nature Materials-高迁移率二维半导体

在亚10纳米技术节点上，硅基晶体管缩放面临着诸多等挑战，例如界面缺陷和超薄硅沟道的栅极电流泄漏。对于下一代纳米电子学，具有原子级厚度和无悬键表面的高迁移率二维（2D）层状半导体，有望作为沟道材料，以实现更小的沟道尺寸、更少的界面散射和更有效的栅场穿透。然而，二维2D电子学的进一步进展，受制于诸如缺乏具有原子级平坦和无悬键表面的高介电常数 dielectric constant（κ）电介质材料等因素。

今日，北京大学化学学院 张聪聪Congcong Zhang, 涂腾Teng Tu, 王璟岳Jingyue Wang, 彭海琳Hailin Peng等，在Nature Materials上发文，报道了单晶高介电常数κ（κ约为16.5）范德华层状电介质亚硒酸氧铋Bi2SeO5的简易合成。厘米级Bi2SeO5单晶，可以有效地剥离成原子级平整的纳米片，尺寸大至250×200μm2，厚度薄至单层。用这些Bi2SeO5纳米片，作为介电和封装层，二维材料如Bi2O2Se、MoS2和石墨烯显示出改善的电子性能。例如，在2D Bi2O2Se中，观察到量子霍尔效应，并且载流子迁移率在1.8K时达到470,000cm2V−1s−1。

该项研究发现，拓展了电介质领域，并为降低二维2D电子和集成电路中的栅极电压和功耗，开辟了新的可能性。

Single-crystalline van der Waals layered dielectric with high dielectric constant.
具有高介电常数的单晶范德华层状电介质。

图1：范德华van der Waals，vDW层状亚硒酸氧铋Bi2SeO5单晶的结构和特性。

图2：范德华vDW层状Bi2SeO5纳米片的剥离和表征。

图3：范德华vDW层状Bi2SeO5的介电性能。

图4：用Bi2SeO5纳米片封装二维材料Bi2O2Se的输运性质。

文献链接

https://www.nature.com/articles/s41563-023-01502-7

https://doi.org/10.1038/s41563-023-01502-7

本文译自Nature。