段镶峰&黄昱最新Nature:溶液法制备高性能大面积电子产品

liunian 6年前 (2018-10-04) 5869浏览

【引言】

由范德瓦尔斯力束缚的原子级薄晶体层组成的二维（2D）材料因其在各种技术（包括电子学，光电子学和催化学）中的潜力而备受关注。特别地，溶液法制备的2D半导体（例如MoS₂）纳米片是用于大面积薄膜电子器件的值得关注的部分。传统的零维和一维纳米结构（分别为量子点和纳米线），其通常受到表面悬挂键和相关的捕获状态的困扰，与其相反，2D纳米片具有自由悬挂键的表面。通过堆叠多个纳米片而形成的薄膜具有原子清洁的范德瓦尔斯界面，因此可以实现优异的电荷传输。然而，制备高质量的溶液法2D半导体纳米片仍然是一个挑战。

【成果简介】

加州大学段镶锋教授，黄昱教授（通讯作者），第一作者Lin Zhaoyang在Nature发表一篇题为"Solution-processable 2D semiconductors for highperformance large-area electronics''的文章。本文报道了制备高度均匀，可溶液加工，纯相半导体纳米片的一般方法，其涉及将季铵分子电化学嵌入二维晶体中，然后进行温和的超声处理和去角质过程。通过精确控制嵌入化学，获得了具有窄厚度分布的纯相的半导体2H-MoS₂纳米片。然后将这些纳米片进一步加工成高性能薄膜晶体管，其室温迁移率约为每平方厘米10平方厘米，开/关比率为10⁶，大大超过先前溶液法制备的MoS₂晶体管所获得的值。大面积薄膜晶体管阵列的可扩展制造使得能够构建功能逻辑门和计算电路，包括反相器，NAND，NOR，AND和XOR门以及逻辑半加器。此外，该方法应用于其他2D材料，包括WSe₂，Bi₂Se₃，NbSe₂，In₂Se₃，Sb₂Te₃和黑磷，展示了其制备多功能2D材料的潜力。