南京邮电大学Nanoscale Advances：二维硅醚结构的理论预测

引言

硅烯在实际应用中存在一些严重问题：（1）硅烯是无带隙的狄拉克半金属，限制了其在晶体管领域的应用;（2）硅烯在空气中容易氧化，导致其很难从衬底上分离。前期研究结果表明表面化学修饰（如氧化）可以有效钝化硅烯表面，增强其稳定性，而且这种方式还能打开一个较大带隙。但是，外来的氧原子破坏了硅烯的本征共轭π键，致使硅烯氧化物的载流子迁移率非常低（2-490 cm² V^-1 s^-1），因此，设计集高载流子迁移率、高稳定性、宽带隙于一身的新型硅烯氧化物有重要的研究意义。

成果简介

南京邮电大学刘春生教授课题组基于二硅氧烷分子（SiH₃OSiH₃）组装设计了一种新型的氧化硅烯材料，将其命名为“硅醚（silicether）”。该工作发表于Nanoscale Advances, 2020, 2，2835-2841。被编辑选为当期热点文章（Nanoscale Advances HOT Article Collection）。

Figure 1 二维硅醚结构示意图

硅醚是间接带隙半导体（能隙：1.89 eV），在单轴应变作用下可以触发间接-直接-间接带隙转变。硅醚中具有独特的超共轭效应，导致其具有高的电子迁移率（6.4 ×10³ cm² V^-1 s^-1）和面内刚度（107.8 N m^-1）。硅醚在可见光区域到紫外光区域表现出良好的光吸收能力。由于硅醚层间相互作用微弱，双层硅醚还具有相当大的带隙和间接带隙特性，并且易于剥离。我们选用Ag(100)作为衬底，二硅氧烷分子在衬底上的连续脱氢的活化势垒均低于1.02 eV。因此，基于硅氧烷分子的脱氢、复合，有利于在适中的温度下合成硅醚。综上所述，二维硅醚结构将是下一代硅基半导体器件的最佳候选材料之一。

Figure 2  硅醚能带及其在应变下的变化趋势

本文由作者团队供稿。