倒置范徳华堆垛开展隧穿晶体管器件研究获突破

最近，中国科学院金属研究所的研究人员已经成功地制造了一种双极反向整流器器件，该器件可以通过使用范德华人工堆叠技术在硫化钼的几个原子层和金属电极之间插入高质量的六方氮化硼(h-BN)隧道结构来调制栅极电压。

研究工作由沈阳材料科学国家(联合)实验室磁性与磁性材料研究室的张之洞、韩正研究员主持，由国内外多家科研机构共同完成。研究结果将场效应晶体管和多工作配置二极管集成到单个纳米器件中。它有望开辟一条基于二维原子晶体的超微型信息设备的新途径，并在英国杂志《自然通讯》上在线发表。

众所周知，制备高质量的层状垂直异质结通常需要使用超高真空分子束外延等手段。然而，这种制备方法对外延材料的衬底晶格匹配有较高的要求。范德华叠加法是近年来出现的凝聚态物理研究的前沿之一。它利用层状材料的范德华结合力将不同的二维和准二维材料人工堆叠成任意的异质结构，可以大大降低衬底材料的限制。

一旦这种方法被发明，它立即引发了凝聚态物理的全球研究热潮。目前，该系统已经实现了整数和分数量子霍尔效应、电子光学等新的物理特性。由中尺度的超高质量界面引起。

金属研究所的研究人员发明了一种新的倒置范德华叠加方法，解决了传统范德华垂直异质结构难以获得高质量超薄顶层的结构问题，目前已申请中国专利。基于上述反向转移范德华叠层的制备方法，金属研究人员以几层二硫化钼为研究体系，以超薄(几个原子层)六方氮化硼为范德华异质结的隧穿层，系统地开展了隧穿晶体管器件的研究。

研究表明，通过在金属金(金)和半导体硫化钼界面之间引入隧穿h-BN，可以有效降低界面处的肖特基势垒，从而通过局部石墨背栅实现沟道硫化钼费米能级的精确静电控制。得到的硫化钼隧道晶体管仅通过栅极电压调节就可以实现不同功能的整流器件，包括pn二极管、全关断、np二极管和全导通器件。

这项工作首次利用电子隧穿将双向可调二极管和场效应晶体管集成到单个纳米器件中(过去是通过集成电路实现的)，从而为未来具有灵活多工作配置的超薄轻质纳米器件开辟了一个新的研究方向。