磷烯与金属接触研究领域取得重要进展
近日，威廉希尔williamhill官网吕劲课题组在单层磷烯与金属接触研究领域取得重要进展，在材料领域重要期刊《材料化学》上在线发表标题为“Monolayer
Phosphorene−Metal Contacts”的研究论文（Chemistry of Materials (2016), DOI:
10.1021/acs.chemmater.5b04899）。
磷烯，黑磷的二维材料，最年轻的二维半导体材料成员，在2014年首次被制备得到.单层和多层磷烯的场效应管在实验上被成功制得，他们的开关比为105，迁移率得带1000
cm V−1
s−1。对于纳米电子器件，它们是非常有竞争力的沟道材料。制作磷烯电子器件，难以避免地要去金属接触。肖特基势垒通常会存在半导体金属的界面，它会减小载流子的注入效率，进而降低器件的表现。形成低电阻的半导体金属接触是巨大的挑战。因此，寻找低电阻的磷烯金属界面是非常有必要的。确定晶体管位形下磷烯金属界面的肖特基势垒并不是件容易的事情。威廉希尔williamhill官网吕劲课题组通过第一性电子结构计算和量子输运模拟研究发现，单层磷烯会与金属Al,
Ag, Au, Cu, Ti, Cr, Ni,和Pd发生金属化。金属化导致晶体管垂直方向上（图1 (a)
B处）不存在肖特基势垒，肖特基势垒只出现在水平方向（图1 (a)
D处）。相对于第一性原理电子结构计算，量子输运模拟由于考虑了水平方向上金属电极与沟道之间的相互作用，能够给出更好的结果。量子输运模拟得到：单层磷烯与金属电极Au,
Cu, Cr, Al,和Ag形成n型的肖特基接触；与金属Ti,
Ni,和Pd形成p型的肖特基接触。量子输运结果得到了实验上电极Ti和Ni的肖特基势垒高度的数据的支持。本工作不仅为单层磷烯器件选择合适的电极材料提供了指导，同时这套结合了能带计算和量子输运的方案也可推广到一般的2D晶体管中肖特基势垒的确定。
|
图. 右：单层磷烯场效应管示意图，左：电子有金属电极注入到沟道单层磷烯的横截面示意图，A, C,
和E代表三个区域，B和D代表两个界面，红色箭头代表了电子或空穴从接触金属到沟道的注入路径；利用第一性电子结构计算，量子输运模拟和实验测量三种方法，单层磷烯-金属Al,
Ag, Ti, Cr, Cu, Au, Ni,和Pd的肖特基势垒高度的对比。
|
论文的第一作者是威廉希尔williamhill官网13级博士生潘圆圆，吕劲为通讯作者，合作者有威廉希尔williamhill官网的史俊杰，杨金波和俞大鹏教授。
上述研究工作得到了国家自然科学基金，国家重大研究计划，人工微结构和介观物理国家重点实验室，量子物质科学协同创新中心，以及汉江学者计划的支持。
论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Facs.chemmater.5b04899
