中國粉體網3月5日訊 近日，復旦大學物理系張遠波教授課題組的李力愷、於逸駿與合作者們成功制備了基于新型二維晶體黑磷的場效應晶體管器件。相關學術論文《Black Phosphorus Field-effect Transistors》（《黑磷場效應晶體管》）在《自然•納米技術》（Nature Nanotechnology）上發表(DOI: 10.1038/nnano.2014.35)。張遠波課題組發現的黑磷這一新型二維半導體材料是繼石墨烯、二硫化鉬之后的又一重要的進展，為二維晶體材料家族增添了一位新成員。
何為黑磷場效應晶體管？
場效應管（FET）是一種電壓控制型晶體管,有輸入阻抗高、集成度高的優點，基于場效應管的電子器件是現代電子工業的基礎。傳統場效應管的材料是半導體硅，在電子電路中有廣泛的應用。近年來科學家們在努力尋找新型的材料，希望在硅的基礎上進一步提高場效應管的性能，拓展它的功能。二維晶體是由單原子層堆疊而成的晶體，是科學家要尋找的新型材料的一個重要方向。曾引起科學界極大關注的石墨烯就是二維晶體的一種。但石墨烯沒有半導體能隙（在能隙存在能量區間電子無法自由傳導，在能隙中材料從導體變成絕緣體，從而實現半導體的邏輯開關），基于石墨烯的場效應管也就無法打開跟關閉，這樣就失去了場效應管的一個基本功能。
黑磷，以及之前硫化鉬的出現改變了這個局面。黑磷是磷的一種同素異形體，是由單層的磷原子堆疊而成的二維晶體。與石墨烯最大的不同是，黑磷有一個半導體能隙。“兩年前中國科技大學的陳仙輝教授告訴我他們可以生長黑磷時，當時直覺就告訴我，這有可能是一個很好的半導體材料，” 張遠波教授說，“果然，現在我們把黑磷做成納米厚度的二維晶體后，發現它有非常好的半導體性質，這樣就有可能用在未來的集成電路里”。
面向未來的二維黑磷材料
黑磷的半導體能隙是個直接能隙,這個特性讓它的光學和光電性能同其他材料，包括硅和硫化鉬相比有巨大的優勢。黑磷的直接能隙將增強黑磷和光的直接耦合，讓黑磷成為未來光電器件（例如光電傳感器）的一個備選材料。另外，張遠波課題組發現黑磷二維晶體有非常高的樣品質量（電子遷移率~1000cm2/Vs）。這樣的高樣品質量也對黑磷將來的可能應用有巨大的幫助。
此次的研究成果是我校張遠波教授實驗室、中國科技大學陳仙輝教授的實驗室、我校封東來教授實驗室以及吳驊教授課題組通力合作完成。張遠波教授于2011年入選“青年****”，自2012年起帶領其課題組開展黑磷材料研究。
對二維黑磷材料的前景，張遠波教授表示，如果黑磷將來有應用前景的話，電學和光電器件是最有可能的。但是對這樣一個剛剛被發現的材料來說，現在任何的推斷都還太早。“這個材料的很多特性還有待發掘。我們實驗室將繼續探索這些特性，并且希望能在現在的基礎上進一步提高樣品的質量。”張遠波教授說，“我們正在嘗試的另外一件事是看看能不能把黑磷解離到單原子層。單原子層的黑磷會有什么不一樣的性質？現在還沒有人知道。”
