清華新聞網(wǎng)9月2日電 二維半導(dǎo)體硒氧化鉍（Bi2O2Se）具有高電子遷移率和優(yōu)異的空氣穩(wěn)定性，已應(yīng)用于構(gòu)筑光電探測(cè)器、傳感器和憶阻器，這些電子器件是二維集成電子學(xué)和光電子學(xué)的重要組成部分，但目前這些應(yīng)用都是基于微米尺度下二維Bi2O2Se水平方向上的電荷輸運(yùn)。實(shí)際上，二維材料的納米尺度電學(xué)性質(zhì)也在相關(guān)微觀(guān)或宏觀(guān)電子器件的性能和機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。盡管在納米尺度下，二維Bi2O2Se平面外方向的電學(xué)性質(zhì)對(duì)相關(guān)新功能電子器件的開(kāi)發(fā)以及高集成度納米電子學(xué)的發(fā)展具有重要意義，但目前仍沒(méi)有相關(guān)的研究和報(bào)道。
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院材料研究院劉碧錄團(tuán)隊(duì)利用導(dǎo)電原子力顯微鏡技術(shù)（CAFM）發(fā)現(xiàn)，納米尺度下二維Bi2O2Se具有獨(dú)特的平面外方向電學(xué)性質(zhì)。在垂直循環(huán)電場(chǎng)的作用下，二維Bi2O2Se表面會(huì)形成納米尺度的山丘狀結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，山丘結(jié)構(gòu)中會(huì)形成納米導(dǎo)電通道，使得絕緣的二維Bi2O2Se在面外方向?qū)?，其中較厚和較薄的納米片的導(dǎo)通分別呈現(xiàn)出阻變和歐姆特性，而納米山丘狀結(jié)構(gòu)的高度、寬度以及相應(yīng)的電學(xué)性質(zhì)可通過(guò)改變循環(huán)電場(chǎng)的振幅、循環(huán)次數(shù)和材料厚度調(diào)控。此外，研究團(tuán)隊(duì)還觀(guān)測(cè)到其阻變行為從雙極性到穩(wěn)定單極性的轉(zhuǎn)變，這可能源于電場(chǎng)作用下Bi2O2Se表面被氧化而導(dǎo)致更多Se空位的移動(dòng)和焦耳（Joule）熱的產(chǎn)生達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。這項(xiàng)研究不僅首次揭示了納米尺度下二維Bi2O2Se平面外方向的單極性阻變特性，而且為探索其在具有新功能的納米電子器件中的應(yīng)用開(kāi)辟了新方向。
循環(huán)電場(chǎng)下二維Bi2O2Se表面納米山丘狀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電通路的形成
二維Bi2O2Se從雙極性到穩(wěn)定單極性阻變特性的轉(zhuǎn)變過(guò)程
相關(guān)成果近日以“納米尺度下二維Bi2O2Se平面外方向的阻變特性”（Out-of-Plane Resistance Switching of 2D Bi2O2Se at the Nanoscale）為題發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。陳文駿博士為本文第一作者，劉碧錄副教授為本文通訊作者，論文作者還包括清華-伯克利深圳學(xué)院2019級(jí)博士生張榮杰和2020級(jí)碩士生鄭榮戌。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202105795
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：呂婷
