Adv Mater：单层/双层WS2沉积HfO2产生量子限域现象

纳米技术

2021-08-29

二维过渡金属硫化物是重要的原子层材料，具有随层数变化有关的直接半导体能带结构、较强的荧光、较高的自旋-轨道耦合、非常独特的自旋-波谷耦合等特点。这些特点导致二维过渡金属硫化物材料具有电子学、光电、量子信息处理等领域的应用前景。

将二维过渡金属硫化物材料进行应用需要克服材料生长和制备器件过程中面临的问题， 但是二维过渡金属硫化物材料的介电沉积过程、导致的载流子移动能力仍没有得到很好的理解。而且通常量子信息处理过程通常需要在液氮温度条件中进行操作进行保留非常脆弱的量子态，因此需要对二维过渡金属硫化物材料的低温载流子性质进行研究。

有鉴于此，新加坡A*STAR材料研究与工程研究所Kuan Eng Johnson Goh等报道对化学气相沉积CVD法生长WS₂单层/双层材料在原子层沉积HfO₂前后，不同温度条件的输运性能变化情况进行测试。其中发现HfO₂原子层沉积在低温条件载流子传输产生明显不同的影响，与通常考虑有所区别之处在于载流子移动不会受到电荷杂质数量的限制，而是受到通常被忽略的现象：界面粗糙度（interface roughness）。

本文要点：

（1）

作者通过圆二色荧光光谱、XPS、横截面扫描透射电子显微镜、载流子输运建模、DFT计算等结果进行验证该问题的正确性。

（2）

作者发现修饰低58 nm的HfO₂量子点导致形成较高的介电常数、较低的漏电电流，这种特点能够进行光刻较小的金属二硫化物器件，因为较高的有效载流子质量，为硫化物材料应用于量子信息处理过程提供可能性。

参考文献

Chit Siong Lau, Jing Yee Chee, Liemao Cao, Zi-En Ooi, Shi Wun Tong, Michel Bosman, Fabio Bussolotti, Tianqi Deng, Gang Wu, Shuo-Wang Yang, Tong Wang, Siew Lang Teo, Calvin Pei Yu Wong, Jian Wei Chai, Li Chen, Zhong Ming Zhang, Kah-Wee Ang, Yee Sin Ang, Kuan Eng Johnson Goh*, Gate-Defined Quantum Confinement in CVD 2D WS₂, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202103907

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202103907