中科院深圳先进院等制备出离子增强型高效黑磷晶体管

(记者丁宁宁、通讯员郭志南)近日，中国科学院深圳先进技术研究所研究员于雪峰团队、深圳大学教授张寒、武汉大学教授廖雷团队在二维黑磷领域取得新进展。通过金属离子改性制备了高稳定性和高性能的黑磷晶体管。相关成果发表在《高级材料》上。

近年来，具有类似石墨烯的二维层状结构的黑磷显示出优异的电学和光学性能，被认为是一种新型的超级材料。它在晶体管、光电器件、催化和生物医学领域具有巨大的应用潜力。然而，黑磷的不稳定性限制了其在许多领域的深入研究和应用。为了解决这个难题，俞雪峰的团队基于配位化学和共价化学提高了黑磷的稳定性。然而，如何在提高稳定性的同时保持甚至改善黑磷的电性能是目前该领域面临的关键问题。

在这项研究中，研究小组发明了一种用金属离子改性黑磷的方法。通过阳离子-π相互作用，*分散在溶剂中的金属阳离子(如银离子)可以自发吸附在黑磷表面，钝化黑磷中的孤对磷原子，从而大大提高了黑磷片层的稳定性。同时，金属离子的改性过程相当于在黑磷中引入更多的空穴，可以调节和控制原双极P型黑磷的半导体特性，进一步改善空穴传导侧的传输特性。例如，在银离子改性后，黑磷的载流子迁移率增加了一倍，开关比增加了两个数量级。由于金属离子与黑磷之间的超分子相互作用较弱，金属离子对黑磷的改性过程比以前开发的化学方法更可控，具有更高的普适性。除银离子外，镁离子、铁离子和汞离子都可以实现黑磷稳定性的增强和半导体特性的调节。该技术为制备高稳定性、高性能的黑磷晶体管提供了一种简单有效的新方法，可以大大拓展黑磷在电子和光电器件各个领域的应用。

《中国科学日报》(2017-10-19第4版综合)