中國(guó)粉體網(wǎng)3月5日訊 近日,，復(fù)旦大學(xué)物理系張遠(yuǎn)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(chǎng)效應(yīng)晶體管器件,。相關(guān)學(xué)術(shù)論文《Black Phosphorus Field-effect Transistors》（《黑磷場(chǎng)效應(yīng)晶體管》）在《自然•納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）上發(fā)表(DOI: 10.1038/nnano.2014.35)。張遠(yuǎn)波課題組發(fā)現(xiàn)的黑磷這一新型二維半導(dǎo)體材料是繼石墨烯,、二硫化鉬之后的又一重要的進(jìn)展,，為二維晶體材料家族增添了一位新成員。
何為黑磷場(chǎng)效應(yīng)晶體管,？
場(chǎng)效應(yīng)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(yōu)點(diǎn),，基于場(chǎng)效應(yīng)管的電子器件是現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)管的材料是半導(dǎo)體硅,，在電子電路中有廣泛的應(yīng)用,。近年來科學(xué)家們?cè)谂ふ倚滦偷牟牧希Ｍ诠璧幕A(chǔ)上進(jìn)一步提高場(chǎng)效應(yīng)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(xué)家要尋找的新型材料的一個(gè)重要方向,。曾引起科學(xué)界極大關(guān)注的石墨烯就是二維晶體的一種。但石墨烯沒有半導(dǎo)體能隙（在能隙存在能量區(qū)間電子無(wú)法自由傳導(dǎo),，在能隙中材料從導(dǎo)體變成絕緣體,，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體的邏輯開關(guān)），基于石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)管也就無(wú)法打開跟關(guān)閉,，這樣就失去了場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)基本功能,。
黑磷，以及之前硫化鉬的出現(xiàn)改變了這個(gè)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(gè)半導(dǎo)體能隙,。“兩年前中國(guó)科技大學(xué)的陳仙輝教授告訴我他們可以生長(zhǎng)黑磷時(shí),，當(dāng)時(shí)直覺就告訴我,，這有可能是一個(gè)很好的半導(dǎo)體材料，” 張遠(yuǎn)波教授說,，“果然,，現(xiàn)在我們把黑磷做成納米厚度的二維晶體后，發(fā)現(xiàn)它有非常好的半導(dǎo)體性質(zhì),，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(dǎo)體能隙是個(gè)直接能隙,這個(gè)特性讓它的光學(xué)和光電性能同其他材料，包括硅和硫化鉬相比有巨大的優(yōu)勢(shì),。黑磷的直接能隙將增強(qiáng)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(gè)備選材料。另外,，張遠(yuǎn)波課題組發(fā)現(xiàn)黑磷二維晶體有非常高的樣品質(zhì)量（電子遷移率~1000cm2/Vs）,。這樣的高樣品質(zhì)量也對(duì)黑磷將來的可能應(yīng)用有巨大的幫助。
此次的研究成果是我校張遠(yuǎn)波教授實(shí)驗(yàn)室,、中國(guó)科技大學(xué)陳仙輝教授的實(shí)驗(yàn)室,、我校封東來教授實(shí)驗(yàn)室以及吳驊教授課題組通力合作完成,。張遠(yuǎn)波教授于2011年入選“青年****”，自2012年起帶領(lǐng)其課題組開展黑磷材料研究,。
對(duì)二維黑磷材料的前景,，張遠(yuǎn)波教授表示，如果黑磷將來有應(yīng)用前景的話,，電學(xué)和光電器件是最有可能的,。但是對(duì)這樣一個(gè)剛剛被發(fā)現(xiàn)的材料來說，現(xiàn)在任何的推斷都還太早,�,！斑@個(gè)材料的很多特性還有待發(fā)掘。我們實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)探索這些特性,，并且希望能在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高樣品的質(zhì)量,。”張遠(yuǎn)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(huì)有什么不一樣的性質(zhì)？現(xiàn)在還沒有人知道,�,！�
