近日，深圳大學(xué)張晗特聘教授課題組在材料學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威刊物《Advanced Materials》（影響因子19.791）中發(fā)表一篇題為“Metal-ion-modified black phosphorus with enhanced stability and transistor performance”（金屬離子修飾增強黑磷的穩(wěn)定性和晶體管性能）的論文，在該工作中，通過金屬離子修飾的方法制備出高穩(wěn)定性且高性能的黑磷晶體管。本工作是與中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒研究員團(tuán)隊和武漢大學(xué)廖蕾教授團(tuán)隊合作完成。論文第一作者是郭志男博士。

    近年來，與石墨烯一樣擁有二維層狀結(jié)構(gòu)的黑磷展現(xiàn)出卓越的電學(xué)和光學(xué)特性，被視為新的超級材料，其在晶體管、光電器件、催化和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域擁有巨大應(yīng)用潛力。在本項研究中，研究團(tuán)隊發(fā)明了一種金屬離子修飾黑磷的方法，通過陽離子-π相互作用，在溶劑中自由分散的金屬陽離子（如銀離子）可以自發(fā)的吸附到黑磷的表面，鈍化黑磷中磷原子的孤對電子，進(jìn)而極大提高了黑磷片層的穩(wěn)定性。與此同時，金屬離子的修飾過程相當(dāng)于在黑磷中引入了更多的空穴，可調(diào)控本來雙極性偏p型的黑磷的半導(dǎo)體特性，其空穴傳導(dǎo)側(cè)的輸運性質(zhì)得到進(jìn)一步提升。如銀離子修飾后，黑磷的載流子遷移率提高了一倍，開關(guān)比提高兩個數(shù)量級。由于金屬離子和黑磷之間是一種較弱的超分子相互作用，金屬離子對黑磷的修飾過程較之前開發(fā)的化學(xué)方法更加可控，而且普適性更高，除銀離子外，鎂離子、鐵離子、汞離子都可以實現(xiàn)對黑磷穩(wěn)定性的增強和半導(dǎo)體特性的調(diào)控。這種技術(shù)為制備高穩(wěn)定性且高性能黑磷晶體管提供了一種簡單有效的新方法，并且可極大拓展黑磷在各種電子和光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

    本項工作得到了國家自然科學(xué)基金、深圳市孔雀團(tuán)隊、深圳市基礎(chǔ)研究布局等項目資助。

    論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201703811/full

論文封面設(shè)計圖;金屬離子修飾黑磷的過程示意圖;基于金屬離子修身的黑磷的場效應(yīng)管器件結(jié)構(gòu)和測試結(jié)果