采用光学显微镜方法对二维 (2D) 材料中的缺陷进行纳米级表征是光子片上器件的关键步骤。为了提高分析吞吐量,最近开发了基于波导的片上成像平台。然而,它们固有的缺点是必须将 2D 材料从生长基底转移到成像芯片,这会引入污染,可能会改变表征结果。在这里,我们提出了一种独特的方法来规避这些不足,即直接在氮化硅芯片上生长一种广泛使用的 2D 材料(六方氮化硼,hBN),并对完整的原生材料中的缺陷进行光学表征。我们将直接生长方法与标准湿转移法进行了比较,并证实了直接生长的明显优势。虽然在当前工作中用 hBN 进行了演示,但该方法很容易扩展到其他 2D 材料。
我们报告了在六方氮化硼封装的双栅极单层 WS2 中的电子传输测量结果。使用从室温到 1.5 K 工作的栅极欧姆接触,我们测量了本征电导率和载流子密度随温度和栅极偏压的变化。本征电子迁移率在室温下为 100 cm2/(Vs),在 1.5 K 下为 2000 cm2/(Vs)。迁移率在高温下表现出强烈的温度依赖性,与声子散射主导的载流子传输一致。在低温下,由于杂质和长程库仑散射,迁移率达到饱和。单层 WS2 中声子散射的第一性原理计算与实验结果高度一致,表明我们接近这些二维层中传输的本征极限。
六方氮化硼 (hBN) 是一种重要的绝缘体,被纳入众多二维电子、光电和光子器件中。天然 hBN 是 20% 10 B 和 80% 11 B 同位素的混合物,而单同位素 hBN 则是一种仅含单一硼同位素(10 B 或 11 B)的变体。因此,单同位素 hBN 具有更高的热导率和更强的中子吸收率(就 h 10 BN 而言),使其非常适合用作中子探测器、纳米柔性电子设备中的热管理材料和基于声子极化的纳米光子学。在这里,我们使用含有单一硼同位素和氮的硼粉合成了近似单同位素的 hBN,并在大气压下从 Fe-Cr 金属熔剂中生长出单晶。剪切(≤1.3 cm -1 )和层内(≤3.3 cm -1 )模式的拉曼峰较窄,表明晶体高度有序。在光致发光光谱中,声子辅助跃迁峰的存在也表明晶体质量很高。这种生长方案使我们能够消除 4.1 eV 处的发射。这项工作为研究同位素效应的基本特性和高性能 hBN 器件提供了一种新材料。
相机械法、液相剥离或液氮中的气体剥离。然而,得到的h-BN材料往往存在表面积低或晶体结构低的问题9-12。最近,我们的研究小组报道了一种使用镁金属将非晶态h-BN转化为结晶h-BN的策略。13然而,这种熔融金属熔剂方法需要严格的转变条件(900℃),并且即使在热处理后采用酸洗程序也会引入潜在的杂质。此外,液态镁金属易燃,需要严格的惰性气体条件以及独特的不锈钢高压釜。另外,金属熔剂法不能控制反应并实现所需的结晶程度。在此,我们报道了一种优越的电化学方法,避免了使用熔融镁金属及其相关的安全隐患。我们假设是否有可能利用熔融的 MgCl 2 原位生成 Mg 金属,类似于之前使用熔融的 CaCl 2 的过程。14, 15
在电子设备结构中引入层状二维 (2D) 材料是提升电子设备性能和提供附加功能的一种有趣策略。例如,石墨烯(导电性)已用作电容器 [ 1 ] 和电池 [ 2 ] 中的电极,而过渡金属二硫属化物 (TMD),例如 MoS 2 、 WS 2 和 WSe 2(半导体性),常用作场效应晶体管 (FET) 和光电探测器 [ 3 – 5 ] 中的沟道。六方氮化硼 (h-BN) 是由 B 和 N 原子排列成 sp 2 六方晶格的二维层状材料,其带隙为 5.9 eV [ 6 ]。因此,h-BN 是一种电绝缘体,并且在许多不同的应用中非常有用。到目前为止,h-BN 已被证明是一种非常可靠的 FET 栅极电介质,并且能够比高 k 电介质更好地抵抗电应力 [7,8],因为
