近期,中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張凱研究員與合作者在高質(zhì)量黑磷薄膜的生長制備研究中取得重要進展,首次實現(xiàn)了在介質(zhì)襯底上黑磷及其合金的高質(zhì)量單晶薄膜制備。相關(guān)研究成果以Growth of single-crystal black phosphorus and its alloy films through sustained feedstock release為題,在《自然·材料》(Nature Materials)期刊在線發(fā)表。
黑磷以其高載流子遷移率、寬廣可調(diào)的直接帶隙、原子層范德華集成等獨特性質(zhì),成為了繼硅等半導(dǎo)體材料之后,面向下一代電子、光電子應(yīng)用的重要備選材料之一。與硅基芯片依賴于高質(zhì)量單晶硅的制備類似,大面積高質(zhì)量黑磷二維原子晶體薄膜的制備是其走向規(guī)?;蓱?yīng)用的基礎(chǔ)。由于黑磷晶相苛刻的形成條件,薄膜生長過程中成核與成核密度難以控制,現(xiàn)有方法制備的黑磷薄膜普遍為多晶結(jié)構(gòu),其晶體質(zhì)量難以滿足高性能器件的應(yīng)用需求。近年來,盡管已有一些階段性的進展被報道,包括張凱研究員團隊對黑磷薄膜生長進行了持續(xù)探索,此前通過相變誘導(dǎo)成核的設(shè)計成功實現(xiàn)了介質(zhì)襯底上黑磷薄膜的成核與異質(zhì)外延生長(Nature communication 2020, 11, 1330),但因生長可控性制約,薄膜的晶疇尺寸限于百納米級。高質(zhì)量黑磷薄膜尤其是單晶薄膜的生長仍然是亟待攻克的難題。