科學(xué)家實(shí)現(xiàn)六方氮化硼納米帶的帶隙調(diào)控

六方氮化硼（hBN）是具有與石墨烯類似的六角網(wǎng)狀晶格結(jié)構(gòu)的寬禁帶半導(dǎo)體，其大帶隙和絕緣性質(zhì)使其成為極佳的介質(zhì)襯底材料，同時限制了其在電子學(xué)和光電子學(xué)器件中更廣泛的應(yīng)用。與hBN片層不同，hBN納米帶（BNNR）可以通過引入空間和靜電勢的約束表現(xiàn)出可變的帶隙。計算預(yù)測，橫向電場可以使BNNRs帶隙變窄，甚至導(dǎo)致其出現(xiàn)絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變。然而，如何通過實(shí)驗(yàn)在BNNR上引入較高的橫向電場頗具挑戰(zhàn)性。

近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員王浩敏課題組、南京航空航天大學(xué)教授張助華團(tuán)隊、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員胡偉達(dá)團(tuán)隊開展研究。合作團(tuán)隊對水吸附鋸齒型BNNR（zBNNR）的帶隙調(diào)制進(jìn)行系統(tǒng)研究。計算結(jié)果表明，吸附在zBNNR兩側(cè)的水產(chǎn)生了超過2 V/nm的橫向等效電場，從而縮小zBNNR的帶隙。通過邊緣吸附水分子，研究首次測量了zBNNR器件的柵極調(diào)制輸運(yùn)和其對紅外光譜的光電響應(yīng)，這利于基于hBN的光電性質(zhì)的同質(zhì)集成。該研究為實(shí)現(xiàn)基于六方氮化硼的電子/光電子器件和電路提供了新思路。

相關(guān)研究成果以Water induced bandgap engineering in nanoribbons of hexagonal boron nitride為題，在線發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃與博士后創(chuàng)新人才支持計劃等的支持。

▲a.?在hBN表面上，Zn納米粒子蝕刻出兩個平行溝槽之間的zBNNR；b.?不同寬度BNNR的原子力顯微鏡（AFM）高度圖像。比例尺為50 nm。c.?水分子以六方冰形式吸附在zBNNR兩側(cè)邊緣的結(jié)構(gòu)示意圖，由此誘導(dǎo)產(chǎn)生橫向電場。

▲a.?8nm寬的zBNNR器件在300K下，Vds從1V到50V，背柵電壓Vg從-65V到65V下的輸運(yùn)曲線，開/關(guān)比超過103；b.?不同寬度zBNNR的輸運(yùn)曲線；c.?器件的場效應(yīng)和光電流開/關(guān)比與zBNNR寬度的關(guān)系；d.?在功率為35mW的1060nm激光照射下，兩個zBNNR器件中隨時間變化的光電流。它們的寬度分別為33nm和8.5nm。