混合维度p-n结器件

用不同维度的低维材料设计和构筑结构功能更为复杂的混合维度异质结器件，实现不同维度和不同材料之间的优势互补、协同工作是纳米科技领域的重要研究方向。碳纳米管是近乎完美一维材料，具有优异的电学特性，是理想的一维导线和一维半导体沟道。碳纳米管表面没有悬挂键，与其他各类材料的结合通常是通过范德华相互作用，与二维材料范德华异质结器件具有良好的兼容性。并且，在构筑功能纳米器件方面碳纳米管无论是几何结构上还是功能上均与二维材料具有极高的互补性。

最近清华大学魏洋、范守善研究团队利用单根金属型碳纳米管、二维半导体WSe₂和MoS₂构筑了一种新颖的异维异质结构——垂直点p-n结，它由两根交叉设置的金属型碳纳米管和WSe₂/MoS₂ p-n结构成。这种一维二维混合维度点p-n结器件的电学性质和光电性质具有可被电场调控的特性。在栅极电场调控下垂直点p-n结可实现由p-n结到n-n结的转变，器件的整流特性和光电探测特性可以得到有效调控。作为光电探测器，通过设置不同栅极偏压，器件可实现3中不同工作模式：2个线性模式和1个点模式。负栅极电压条件下，垂直点p-n结器件工作在p-n结区域，此时器件的外量子效率可以达到42.7%。电场对该器件电学和光电性质的有效调控主要取决于栅极电场对界面内建电场的调控。

该项研究充分展示了混合维度异质结功能的可重构特性和多样性，及其在纳米电子学、纳米光电子学领域的应用前景，为低维纳米器件的研究开辟了新的思路。

这项研究成果近期以“Mixed-Dimensional Vertical Point p-n Junctions”为题发表在国际著名学术期刊ACS Nano上。文章的第一作者是清华大学博士后张金和清华大学博士研究生生丛林、张科。

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Mixed-Dimensional Vertical Point p–n Junctions

Jin Zhang, Lin Cong, Ke Zhang, Xiang Jin, Xuanzhang Li, Yang Wei, Qunqing Li, Kaili Jiang, Yi Luo, Shoushan Fan

ACS Nano, 2020, 14, 3, 3181-3189, DOI: 10.1021/acsnano.9b08367

魏洋博士简介

魏洋，清华大学物理系副研究员。2007年于清华大学取得博士学位，2007年至2010年在清华大学精仪系、清华-富士康纳米科技研究中心从事博士后研究，2010年7月起就职于清华大学。

研究领域是低维材料与器件。主要围绕碳纳米管物性及应用开展研究，在新型电子源、快速热响应、碳纳米管与功能氧化物的复合结构、碳纳米管图形化衬底、低维器件物理与应用等研究方向上取得了一系列的创新成果。在相关领域发表SCI论文70余篇，包括以通讯作者发表的PNAS、Adv. Mater.、Nano Letters、ACS Nano、Nano Res.等。获授权发明专利授权100余项。研究成果曾被C&EN、Nature Nanotechnology、Nature China、Phys.org、Popular Science等科技媒体报道。

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