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非晶红磷薄膜的高电子迁移率

DOI:10.1002/anie.201902534 期刊:Angewandte Chemie International Edition 出版年份:2019 更新时间:2026-01-09 18:49:11
摘要: 黑磷(BP)因其高电子迁移率和优异的开关比(ION/OFF)在电子与光电子应用领域备受关注。该材料的局限性在于合成产率低且成本高昂。红磷(RP)作为另一种磷的同素异形体,是更具性价比且更易加工的替代材料。尽管红磷在工业中已有数百年应用历史并被视作绝缘体,但本研究通过场效应晶体管(FET)测试证明:非晶态红磷(a-RP)薄膜具有半导体特性,其迁移率达387 cm² V⁻¹ s⁻¹,开关比约10³,电子性能与既往报道的黑磷相当。这些薄膜通过热蒸发法或简便的滴涂工艺沉积于Si/SiO₂基底制成。我们还研究了薄膜随时间推移的氧化过程,并开发了通过金属氧化物掺杂稳定a-RP薄膜的方法——经掺杂的薄膜在经历一千次I-V循环后仍保持稳定,未出现性能退化迹象。
作者: Hai-Feng Ji,Pedro E. M. Amaral,Glen P. Nieman,Gregory Schwenk,Hao Jing,Raymond Zhang,Elizabeth B. Cerkez,Daniel Strongin
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研究非晶红磷(a-RP)薄膜的电子特性和稳定性,作为黑磷在电子和光电子应用中的可行替代材料。

非晶红磷(a-RP)薄膜具有高电子迁移率(387 cm² V⁻¹ s⁻¹)和电流开关比(约10³),使其成为电子和光电器件中黑磷的有前途替代材料。该薄膜可通过热蒸发或滴铸法轻松制备,掺杂金属氧化物(如ZrO₂、TiO₂)能显著提升空气稳定性,确保多次I-V循环下的持续性能。这项工作凸显了a-RP作为经济高效且可加工半导体材料的潜力。

a-RP薄膜在空气中因氧化和吸湿而不稳定,导致导电性随时间推移而下降。热蒸发法需要特定设备和条件,且金属氧化物掺杂法可能无法在所有情况下完全防止氧化(如Al2O3的波动所示)。a-RP的结构组成尚未完全明确,限制了对其特性的深入理解。

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