通过弱范德华（vdW）相互作用在垂直堆叠中组装二维（2D）晶体揭示了各种令人兴奋的物理现象，并且通过带对准调制成为高性能电子器件的必要条件。这些vdW异质结构能够创建主要电子元件，如二极管和晶体管，促进单芯片上的多功能设备集成，并为模拟和数字电子产品提供了巨大的潜力。这项研究展示了金属-绝缘体-半导体（MIS）二极管在二维vdW异质结构中的潜力，重点是黑磷（BP）、薄六方氮化硼（hBN）和石墨烯（Gr）的组合。采用干转移法将层状材料垂直堆叠，制备了BP/hBN/Gr MIS二极管。与类似金属半导体二极管的对比分析表明，由于在界面处的载流子隧穿，MIS二极管具有优异的电流整流性能。本研究在77-300 K的温度范围内评估了性能指标，包括整流比、理想系数和隧道行为。该装置的整流比为3.5 × 102，理想系数为1.6。研究的发现突出了MIS二极管在超薄纳米电子学中的潜力，为电子和光电子器件的未来发展提供了见解。
图1. (a) BP/hBN/Gr MIS二极管示意图。(b)顶部Cr/Au触点的BP/hBN/Gr MIS器件的假彩色SEM图像。所得多层材料的拉曼光谱(c) BP, (d) Gr, (e) hBN。
图2. BP和Gr的电学特性。(a) 300 K时BP在0 ~−60 V范围内的输出特性(b) VD = 0.1 V时BP的传递特性(c)−60 ~ +60 V范围内不同VG时Gr的输出特性(d) VD = 0.1 V时Gr的传递特性。
图3. BP/hBN/Gr MIS二极管机构。（a） MIS器件的输出曲线作为栅极偏置的函数。（b） 在不施加栅极偏置的情况下MIS二极管特性的温度依赖性。（c） 解释MIS二极管机理的带示意图。
图4.（a） 装置在不同温度下的精馏比。（b） MIS二极管的隧穿机制。
相关研究成果由的成均馆大学Gil-Ho Kim课题组 2024年发表在ACS Applied Nano Materials (链接：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c05269)上。
原文：Multilayer Black Phosphorus/Hexagonal Boron Nitride/Graphene Heterostructure Metal–Insulator–Semiconductor Diode
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