通過弱范德華（vdW）相互作用在垂直堆疊中組裝二維（2D）晶體揭示了各種令人興奮的物理現象，并且通過帶對準調制成為高性能電子器件的必要條件。這些vdW異質結構能夠創建主要電子元件，如二極管和晶體管，促進單芯片上的多功能設備集成，并為模擬和數字電子產品提供了巨大的潛力。這項研究展示了金屬-絕緣體-半導體（MIS）二極管在二維vdW異質結構中的潛力，重點是黑磷（BP）、薄六方氮化硼（hBN）和石墨烯（Gr）的組合。采用干轉移法將層狀材料垂直堆疊，制備了BP/hBN/Gr MIS二極管。與類似金屬半導體二極管的對比分析表明，由于在界面處的載流子隧穿，MIS二極管具有優異的電流整流性能。本研究在77-300 K的溫度范圍內評估了性能指標，包括整流比、理想系數和隧道行為。該裝置的整流比為3.5 × 10
2，理想系數為1.6。研究的發現突出了MIS二極管在超薄納米電子學中的潛力，為電子和光電子器件的未來發展提供了見解。
圖1. (a) BP/hBN/Gr MIS二極管示意圖。(b)頂部Cr/Au觸點的BP/hBN/Gr MIS器件的假彩色SEM圖像。所得多層材料的拉曼光譜(c) BP, (d) Gr, (e) hBN。
圖2. BP和Gr的電學特性。(a) 300 K時BP在0 ~−60 V范圍內的輸出特性(b) VD = 0.1 V時BP的傳遞特性(c)−60 ~ +60 V范圍內不同VG時Gr的輸出特性(d) VD = 0.1 V時Gr的傳遞特性。
圖3. BP/hBN/Gr MIS二極管機構。（a） MIS器件的輸出曲線作為柵極偏置的函數。（b） 在不施加柵極偏置的情況下MIS二極管特性的溫度依賴性。（c） 解釋MIS二極管機理的帶示意圖。
圖4. （a） 裝置在不同溫度下的精餾比。（b） MIS二極管的隧穿機制。
相關研究成果由的成均館大學
Gil-Ho Kim課題組 2024年發表在ACS Applied Nano Materials (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsanm.4c05269)上。原文：
Multilayer Black Phosphorus/Hexagonal Boron Nitride/Graphene Heterostructure Metal–Insulator–Semiconductor Diode
轉自《石墨烯研究》公眾號
