具有高空穴迁移率的超薄GeAsSe和SnSbTe二维半导体材料

    随着大规模集成电路的不断小型化，现代微电子光刻技术已经逐渐满足不了日益增长的精度需求，传统半导体的加工工艺也几乎已经达到了物理极限。因此，寻求新型高性能半导体材料成为了目前关注的焦点。拥有高载流子迁移率的超薄半导体是现代微电子器件的基础。尽管石墨烯的问世促进了过渡金属硫族化合物、黑磷等二维半导体材料的研究热潮[1,2]，但性能优异、能量稳定且实验上易获得的超薄半导体材料仍处于探索阶段。 

    目前，二维的三元硫属化合物受到了广泛的关注，比如通过化学气相沉积法(CVD)获得的半导体层状材料Bi₂O₂Se具有超高的电子迁移率29 000 cm²·V^?1·s^?1 [3, 4]；实验上获得的MnPSe₃ 单层拥有很强的吸收可见光光谱的能力[5, 6]。最近，郭宇等人[7]（通讯作者：大连理工大学赵纪军教授和美国内布拉斯加大学林肯分校曾晓成教授）应用第一性原理的方法，预测了两种层状的二维半导体GeAsSe和SnSbTe。他们计算发现，这两种材料可以很容易地通过机械剥离的方法从体相材料获得，并且它们在能量、动力学和热力学上都是稳定的。更重要的是，GeAsSe和SnSbTe单层都是直接带隙半导体，带隙分别为2.56和1.96 eV。在室温下，它们具有很高的载流子迁移率，空穴迁移率高达20 000 cm²·V^?1·s^?1。通过比较单层GeAsSe和SnSbTe的能带边缘位置，发现它们均为很好的光解水催化剂。同时，它们在可见光光谱中表现出明显的吸收能力。GeAsSe和SnSbTe材料的二维特征、优异的电学性能和较低的制备难度，使其有望应用于新一代电子器件和光学器件。

(a),(b)和(c)分别为GeAsSe和SnSbTe单层的俯视图、侧视图及布里渊区路径；

(d) GeAsSe和SnSbTe单层的剥离能随着距离的变化；

(e)和(f)分别为GeAsSe和SnSbTe单层的能带和局域态密度。

References

1. Q. H. Wang, K. Kalantar-Zadeh, A. Kis, J. N. Coleman, and M. S. Strano, Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides, Nat. Nanotechnol. 7(11), 699 (2012)

2.  L. Li, Y. Yu, G. J. Ye, Q. Ge, X. Ou, H. Wu, D. Feng, X. H. Chen, and Y. Zhang, Black phosphorus field-effect transistors, Nat. Nanotechnol. 9(5), 372 (2014)

3.  J. Wu, H. Yuan, M. Meng, C. Chen, Y. Sun, Z. Chen, W. Dang, C. Tan, Y. Liu, J. Yin, Y. Zhou, S. Huang, H. Q. Xu, Y. Cui, H. Y. Hwang, Z. Liu, Y. Chen, B. Yan, and H. Peng, High electron mobility and quantum oscillations in non-encapsulated ultrathin semiconducting Bi₂O₂Se, Nat. Nanotechnol. 12(6), 530 (2017)

4.  J. Wu, C. Tan, Z. Tan, Y. Liu, J. Yin, W. Dang, M. Wang, and H. Peng, Controlled synthesis of high mobility atomically thin bismuth oxyselenide crystals, Nano Lett. 17(5), 3021 (2017)

5.  X. Zhang, X. Zhao, D. Wu, Y. Jing, and Z. Zhou, MnPSe₃ monolayer: A promising 2D visible-light photohydrolytic catalyst with high carrier mobility, Adv. Sci. 3(10), 1600062 (2016)

6.  X. Li, X. Wu, and J. Yang, Half-metallicity in MnPSe₃ exfoliated nanosheet with carrier doping, J. Am. Chem. Soc. 136(31), 11065 (2014)

7.  Y. Guo, N. Gao, Y. Bai, J. Zhao, and X. C. Zeng, Monolayered semiconducting GeAsSe and SnSbTe with ultrahigh hole mobility, Front. Phys. 13(4), 138117 (2018)

文献链接：

Yu Guo, Nan Gao, Yizhen Bai, Jijun Zhao, and Xiao Cheng Zeng, Monolayered semiconducting GeAsSe and SnSbTe with ultrahigh hole mobility, Front. Phys. 13 (4), 138117 (2018)