中国成功造二维黑磷场效应晶体管 克石墨烯缺陷
复旦大学成功制备新型二维晶体黑磷
在未来 的集成 电路里” 。
面 向未 来的 二维 黑磷 材料
黑磷 的半导体 能隙是个直接 能隙 ， 这个特性让 它的光学
年产值 总计超过 ２ ０ 亿 元 ，目前河北 占地 ５ ０亩 的基 地 已经基 和 光 电性能 同其 他材料 （ 包括硅 和硫化钼 ）相 比有 巨大 的优 本完成 ，设备正在陆续调 试中。
能吸光饱和 ，然后夜间再慢慢释放 出来，也不需要人工控制 ， 模较大的投资推进 落实速度 又 比较慢 。 还能够最低限度地消耗能量 ，使 用寿命在 ８ 年 ～ｌ ０年 。”纳 明新材料董事长张 明德介绍 ，纳 米稀 土产 品不仅更节能环保 ， 还要 比传统照 明方式更省钱 。 凭着纳米稀土 发光材料这项技术 ，纳明新材料获 评国家 高新技术企业称号 ，目前 已经拥有 ７ ８ 项 专利 ，其 中发 明专利 就达 １ ６项 。但是 ，该产品并非完美 无瑕 ，据 了解 ，其在傍 晚 和清晨 ，当天色介于亮与不 亮之间时 ，它还在 吸收光源可 能
体。与石墨烯 最大的不 同是 ，黑磷有一个 半导体 能隙。 “ 两
年 前 中 国 科 技 大 学 的 陈 仙 辉 教 授 告 诉 我 他 们 可 以 生 长 黑 磷
产业扩张遇资金瓶颈
时， 当时直觉就告 诉我 ， 这有 可能是一 个很 好的半导 体材料 ， ”
“ 去年 接 到了 １ ． ２亿 元 的订 单 ，但 是 只完 成 了 ３ ０ ０ ０万 张远波教 授说 ， “ 果然 ，现在我们把 黑磷 做成纳米厚 度的二 元。”张明德表示 ，由于资金的缺乏 ，设 备等无法 满足生产 维 晶体 后 ，发现它有 非常好的半导体 性质 ，这样就 有可能用 的现实需求 ，而市场 的需求正在呈持续增长趋势 。 根据纳 明新 材料的规划 ，其将继 续 以松 山湖作 为总部 ，
黑磷和石墨烯对比的优缺点
黑磷和石墨烯对比的优缺点黑磷和石墨烯对比的优缺点，是大多数人想要了解的事情。
因为，这两种材料都是近年来热门的话题，很多媒体都在宣传，但是大家对黑磷、石墨烯可能仅限于听过名字，对它们都没有深入的了解过，自然也就不知道黑磷、石墨烯的优缺点。
先丰纳米作为专业的纳米材料公司，下面就给大家简单的介绍黑磷和石墨烯对比的优缺点。
石墨烯具备众多优异的力学、光学、电学和微观量子性质，是具备透光性好、导热系数高、电子迁移率高、电阻率低、机械强度高等众多普通材料不具备的性能，未来有望在电极、电池、晶体管触摸屏、太阳能、传感器超轻材料、医疗、海水淡化等众多领域应用，是很有前景的先进材料之一。
石墨烯可能不会通过其自身作为一种理想材料来实现未来的巨大影响，而是通过它衍生的产物。
尽管石墨烯有着许多令人眼花缭乱的优点，但它也有缺点，尤其是不能充当半导体——这是微电子的基石。
在高科技设备面前，石墨烯的光环黯淡了一些。
电子时代的大多数被认为有价值的材料都是半导体，而石墨烯更像一个金属导体。
二维黑磷单晶（又称黑磷），二维黑磷单晶是纯磷可以形成的三种不同的晶体结构（或同素异形体）之一。
其他两种材料分别是用于制造烟花的白磷和用于制造火柴头的红磷。
二维黑磷单晶由位于两个位面的波浪形磷原子组成，其属性已经使它成为材料学界的宠儿，其电子转移速率为600 cm2/vs，一些研究人员希望进一步提高这一速率；同时，其频间带隙（让电流通过该物质所需要的电伏）是可调谐的，即电子工程师可以通过简单的改变二维黑磷单晶的叠层调整带隙，这一特性有利于根据具体要求设计出期望的带隙。
二维黑磷单晶在空气中不稳定，在24小时后，就可以看到材料表面的气泡，然后整个设备在数日内就会失效。
以上就是黑磷和石墨烯对比的优缺点的介绍，有任何问题，欢迎立即咨询先丰纳米公司。
先丰纳米是江苏先进纳米材料制造商和技术服务商，专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、黑磷、银纳米线等发展方向，现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜完整生产线。
石墨烯场效应晶体管设计加工及特性研究
第一章绪论1.1课题研究背景及意义英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在2004年发现了二维材料石墨烯，他们因为发现二维材料石墨烯的存在，在2010年收获了诺贝尔物理学奖，这一奖项说明了他们的发现预示了一个新的时代的来临。
自从石墨烯发现以来，关于石墨烯材料的科学研究不断取得重要进展，其在微电子、量子物理、材料、化学等领域都表现出许多非凡的性能和潜在的广阔应用前景[1]，石墨烯二维材料一经发现就在全世界激起了巨大的波澜[2]。
石墨烯是平面形式的碳，它在非凡的量子物理世界具有独特的性质[3]。
作为二维碳材料，石墨烯具有许多有其他材料无法比拟的优点，石墨烯的厚度为一个碳原子那么厚，即0.335nm，所以石墨烯的比表面积超级大，理想的单层石墨烯的比表面积可以达到2630m2/g，石墨烯中在狄拉克点附近的狄拉克电子呈现线性能量-动量色散关系，这使得石墨烯薄膜材料对在紫外-可见-红外区域的超宽带光谱范围里所有频率的光子都具有共振的光学响应，单层石墨烯薄膜材料的线性光学吸收关系不依赖于光频率，石墨烯薄膜材料对任何波长的低强度光波都具有π·α≈2.3%的吸收率（α为精细结构常数）而且其总吸收率与石墨烯层数成正比，这就使得只有一个碳原子厚度的单层石墨烯是可以通过眼睛观测到的；稳定的晶格结构使石墨烯具有非常优秀的导热性[4]。
石墨烯作为一种电的优良导体，表现出与铜材料一样的导电性，而作为一种热导体，它比其他的已知的热导体材料更为杰出。
石墨烯具有非常独特的晶体结构和优异的光学性能和热学性能，然而完美二维晶体结构的石墨烯薄膜材料所拥有的不仅仅是独特的光学吸收率2.3%，表面可以弯曲但却强度却比钻石还要高的，和导热系数高达5300 W/m•K，其独特的电子学性质也正吸引着许多研究者的目光[5]。
在石墨烯薄膜材料中，碳原子之间的相互作用力非常强。
电子在石墨烯上的自由迁移，传统的导体铜的电子迁移特性远远没有石墨烯的好。
新型二维半导体资料-黑磷
• 引言 • 黑磷的基本性质 • 黑磷的制备方法 • 黑磷在电子器件中的应用 • 黑磷在生物医学领域的应用 • 黑磷的挑战与前景 • 结论
01
引言
黑磷的发现与特性
发现
黑磷是在2014年被发现的一种新型 二维半导体材料，具有优异的电学和 光学性能。
特性
黑磷具有高电子迁移率、良好的热稳 定性和化学稳定性，以及优异的光电 性能，在微电子、光电子和新能源等 领域具有广阔的应用前景。
需要进一步研究的问题
黑磷的稳定性问题
黑磷在空气中容易氧化，影响其稳定性和实际应用。需要 深入研究如何提高黑磷的稳定性，以及探索其在不同环境 下的稳定性表现。
黑磷的可扩展性制备问题
目前黑磷的制备方法主要采用剥离法，难以实现大规模生 产和应用。需要研究新的制备方法，提高黑磷的可扩展性 和产量。
黑磷与其他材料的复合问题
为了拓展黑磷的应用领域，需要研究黑磷与其他材料的复 合结构和性能，探索其在异质结构中的功能协同作用。
THANKS
感谢观看
04
黑磷在电子器件中的应用
场效应晶体管
总结词
黑磷具有优异电子传输性能和稳定性，使其成为制造高性能场效应晶体管的理想材料。
详细描述
黑磷场效应晶体管具有较高的开关比、低功耗和良好的热稳定性，适用于制造微电子设 备和集成电路。黑磷晶体管的优异性能使其在物联网、智能传感器等领域具有广阔的应
用前景。
太阳能电池
黑磷的制备方法
直接剥离法
总结词
直接剥离法是一种简单而直接的方法，通过施加机械力将块体黑磷材料逐层剥 离，得到二维黑磷片层。
详细描述
该方法利用机械力对块体黑磷材料进行剥离，如使用胶带或机械摩擦等方式， 使黑磷片层从块体中分离出来。这种方法操作简单，但得到的二维黑磷片层尺 寸较小，且厚度不易控制。
二维材料研究现状及展望（转自科学观察）+评析系列1
⼆维材料研究现状及展望（转⾃科学观察）+评析系列1导语：这是⼀篇⼆维材料的中⽂综述，⾏⽂⽐较客观，相应的英⽂版在Chem. Rev. 2013, 113, 3766。
⼆维材料确实可以作为基础科学研究的平台，特别为凝聚态物理拓展了空间，⽐如不同的堆垛形式，不仅带来了对能带结构拓扑特征的理解，⽽且对界⾯⼒学⾏为起到了推动作⽤。
从应⽤上⽽⾔，⼆维材料不可能取代硅材料，它最终有没有可能与现有的半导体技术进⾏优势互补，也还有⼀个相当长的过渡时期。
⽂末还附带了⼀篇⾼稳定性黒磷的制备，当时是2015年的论⽂，现在回过头来看会更加客观冷静。
原⽂链接：⼆维材料是⼀⼤类材料的统称,指的是在⼀个维度上材料尺⼨减⼩到极限的原⼦层厚度,⽽在其他两个维度,材料尺⼨相对较⼤。
最典型也是最早实验证明的⼆维材料是⽯墨烯。
2004年,K. S. Novoselov等⼈在Science杂志发表⽂章,报道了通过机械剥离的⽅法从⾼取向的裂解⽯墨中获得了⽯墨烯,且证明了其独特优异的电学性质。
⾃此之后,以⽯墨烯为代表的⼆维材料获得了快速的发展,新的⼆维材料如⾬后春笋般涌现。
得益于其原⼦层厚度⽅向上的量⼦局限效应,这些⼆维材料展⽰出与其对应的三维结构截然不同的性质,因此受到了科学界和⼯业界的⼴泛关注。
除⽯墨烯之外,其他的⼆维材料还包括：单元素的硅烯、锗烯、锡烯、硼烯和⿊磷等,过渡⾦属硫族化合物如MoS2、WSe2、ReS2、PtSe2、NbSe2等,主族⾦属硫族化合物如GaS、InSe、SnS、SnS2等,以及其他⼆维材料如h-BN、CrI3、NiPS3、Bi2O2Se等。
这些⼆维材料具有完全不同的能带结构以及电学性质,覆盖了从超导体、⾦属、半⾦属、半导体到绝缘体等材料类型。
同时,他们也具有优异的光学、⼒学、热学、磁学等性质。
通过堆垛种类不同的⼆维材料,可以构筑功能性更强的材料体系（博主注：从堆垛的⾓度来考察⼆维材料是最近⼏年的热门⽅向，也是未来⼆维材料可能的⽴⾜点。
二维材料缺陷和杂质 自然科学奖 晶体管
二维材料在当今科学领域中备受关注，因其独特的物理和化学特性，被广泛应用于能源、光电子学、纳米技术等领域。
然而，二维材料的缺陷和杂质问题一直是限制其应用的关键因素之一。
近年来，研究人员对二维材料的缺陷和杂质进行了深入的探索和研究，为解决这一问题提供了新的思路和方法。
本文将就二维材料的缺陷和杂质问题进行深入分析，并探讨其在自然科学领域中的潜在应用和未来发展方向。
一、二维材料的缺陷和杂质问题1. 缺陷和杂质对二维材料性能的影响二维材料的缺陷和杂质不仅会改变其结构和化学性质，还会显著影响其电子传输、光学性能和力学特性。
硫化钼薄片中的硫空位和硫缺陷可以导致其导电性能的降低，同时也会影响材料的稳定性和寿命。
缺陷和杂质问题是限制二维材料实际应用的主要因素之一。
2. 缺陷和杂质的形成机制二维材料的缺陷和杂质主要来源于材料的合成和制备过程中。
在化学气相沉积（CVD）过程中，由于温度、气氛和沉积速率等因素的不确定性，往往会导致二维材料中的缺陷和杂质的产生。
二维材料的后处理过程中，例如离子注入、等离子体处理等技术也可能导致二维材料的缺陷和杂质的引入。
3. 缺陷和杂质对二维材料性能调控的挑战与机遇虽然缺陷和杂质对二维材料性能有很大的负面影响，但从另一方面来看，通过对缺陷和杂质进行合理的控制和调控，也可以实现对二维材料性能的精确调控。
通过引入特定类型的缺陷或杂质，可以有效地调控二维材料的光学、电学和力学性能，从而拓展其应用领域，并实现一些新的功能性应用。
二、自然科学奖的相关研究成果近年来，许多科学家致力于解决二维材料的缺陷和杂质问题，取得了一系列令人瞩目的研究成果。
这些成果不仅为二维材料的基础研究提供了重要的理论和实验基础，还为二维材料的应用开发提供了新的思路和方法。
以下列举了一些在这一领域取得突破性成果的科学家和团队：1. 贾亚•桑塔纳及其团队贾亚•桑塔纳及其团队在二维材料的缺陷和杂质控制方面取得了重要进展。
他们通过单原子层化学气相沉积技术，成功地实现了对二维材料缺陷和杂质的制备和调控，为二维材料的性能优化和应用开发提供了重要的理论和实验基础。
超越硅基极限的二位晶体管的重要意义_概述说明
超越硅基极限的二位晶体管的重要意义概述说明1. 引言1.1 概述:随着科技的进步和发展，我们对电子器件的性能要求越来越高。
然而，传统的硅基晶体管逐渐接近其物理极限，并且无法满足未来电子设备对速度、功耗和集成度等方面的需求。
因此，研究人员开始寻找超越硅基极限的新型材料和晶体管结构。
1.2 文章结构:本文将从以下几个方面探讨超越硅基极限的二维晶体管：首先简要介绍二维材料，并回顾二维晶体管的发展历程；然后分析超越硅基极限的重要性；接着探索实现超越硅基极限所需的方法和技术，包括新型材料探索与设计、结构优化与制备技术发展以及新型器件设计与性能优化；最后展望超越硅基极限二维晶体管在高速电子器件应用领域、低功耗电子器件应用领域以及新兴技术应用前景等方面的潜在应用。
1.3 目的:本文旨在阐述超越硅基极限的二维晶体管对电子器件发展的重要意义。
通过对新型材料、结构和器件设计的探索，以及对应用前景的展望，希望读者能够深入了解这一领域的研究进展，并认识到超越硅基极限的潜在价值和应用前景。
2. 超越硅基极限的二位晶体管2.1 二维材料简介二维材料是指仅在一个或几个原子层厚度上存在的材料。
最有代表性的二维材料就是石墨烯，由碳原子排列而成，具有出色的导电性和机械强度。
此外，还有许多其他的二维材料，如过渡金属硫化物、硒化物和氮化物等。
2.2 二维晶体管的发展历程随着石墨烯的发现和研究，人们开始探索利用二维材料制造晶体管。
最早的尝试是使用单一层石墨烯作为通道材料，但由于缺乏带隙，无法实现常规CMOS逻辑功能。
后来，通过对二维材料进行掺杂、叠层和纳米结构设计等方法，在保持优良载流子迁移率的同时引入了能隙，并成功实现了工作在可控导通状态和截止状态之间转换的晶体管。
2.3 突破硅基极限的重要性目前的半导体行业主要依赖于硅基技术，然而，硅材料的局限性已经日益显现。
随着电子器件尺寸逐渐减小，硅晶体管面临着电路速度、功耗和散热等方面的极限。
二维黑磷的制备、表面功能化与光电催化
二维黑磷的制备、表面功能化与光电催化杨环环1,2,喻彬璐1,王佳宏1,2,喻学锋1,2(1.深圳二维原子晶体制备技术工程研究中心,中国科学院深圳先进技术研究院,广东深圳518055;2.中国科学院大学)摘要:黑磷作为一种新型的单元素直接带隙半导体,因其独特的二维结构展现出诸多优异特性,在光电、生物、传感、信息等领域具有很大的应用潜力。
近年来,针对黑磷的制备和应用,发展出许多新方法和新技术,例如:通过液相超声/剪切、高能球磨、电化学剥离和等离子体辅助剥离等技术实现了二维黑磷的高效制备;发展了系列物理、化学方法对二维黑磷进行表面修饰,抑制其与水、氧接触,提高了二维黑磷的稳定性并提升了光电等物理性能;借助构建异质结构、掺杂等方式改变黑磷表面电子态密度、增加活性位点,提高了二维黑磷材料的催化活性。
从二维黑磷的制备、表面功能化与光电催化三方面出发,综述目前的研究现状和未来可能的发展方向。
关键词:黑磷;二维材料;剥离;表面功能化;光电催化中图分类号:TQ126.31文献标识码:A文章编号:1006-4990(2021)05-0013-08Preparation ,surface functionalization and photoelectrocatalysis oftwo ⁃dimensional black phosphorusYang Huanhuan 1,2,Yu Binlu 1,Wang Jiahong 1,2,Yu Xuefeng 1,2(1.Shenzhen Engineering Center for the Fabrication of Two ⁃dimensional Atomic Crystals ,Shenzhen Institutes of Advanced Technology ,Chinese Academy of Sciences ,Shenzhen 518055,China ;2.University of Chinese A cademy of Sciences )Abstract :As a new type of single element direct⁃bandgap semiconductor ,black phosphorus shows many excellent character⁃istics due to its unique two⁃dimensional structure ,which has great potential in the fields of photoelectronics ,biology ,sensing ,information and so on.In recent years ,many new methods and technologies have been developed for the preparation and application of black phosphorus ,such as liquid⁃phase ultrasonic/shear ,high⁃energy ball milling ,electrochemical stripping and plasma assisted stripping to achieve efficient prepa⁃ration of two⁃dimensional black phosphorus.A series of physical and chemical methods have been developed to modify the surface of two⁃dimensional black phosphorus to inhibit its contact withwater and oxygen and improve the stability and physical properties(such as photoelectronics)of two⁃dimensional black pho⁃sphorus.With the help of heterostructure construction ,doping and other ways to change the surface electronic density of statesand increase the active sites of black phosphorus ,the catalytic activity of two⁃dimensional black phosphorus materials hasbeen improved.Basing on preparation ,surface functionalization and photocatalysis of two⁃dimensional black phosphorus,the current research status and possible future development direction were summarized.Key words :black phosphorus ;two⁃dimensional materials ;exfoliation ;surface functionalization ;photoelectrocatalysis黑磷作为一种新兴的单元素直接带隙半导体材料,具有与石墨烯类似的二维结构,自2014年被成功剥离以来,引起了世界范围内科学家的广泛关注[1-2]。
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中国成功造二维黑磷场效应晶体管克石墨烯缺陷中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室陈仙辉教授课题组与复旦大学张远波教授、封东来教授和吴骅教授课题组合作，在二维类石墨烯场效应晶体管研究中取得重要进展，成功制备出具有几个纳米厚度的二维黑磷场效应晶体管。
研究成果在线发表在《自然·纳米科技》杂志上。
单层原子厚度的石墨烯的发现，标志着二维晶体作为一类可能影响人类未来电子技术的材料问世。
然而二维石墨烯的电子结构中不具备能隙，在电子学应用中不能实现电流的“开”和“关”，这就弱化了其取代计算机电路中半导体开关的用途。
科学家们开始探索替换材料，希望克服石墨烯的缺陷，并提出了几种可能的替换材料，如单层硅、单层锗，但这些材料在空气中都不稳定，不利于实际应用。
进一步探索具有新型功能并可实际应用的二维材料具有十分重要的意义和挑战性。
他们成功制备出基于具有能隙的二维黑磷单晶的场效应晶体管。
与其他二维晶体材料相比，二维黑磷单晶材料更加稳定，但其单晶在常压下不容易生长。
陈仙辉课题组利用学校购置的高温高压合成设备，在高温高压的极端条件下成功生长出高质量的黑磷单晶材料，为实现二维黑磷单晶材料奠定了基础。
随后，陈仙辉课题组与张远波课题组合作，利用胶带进行机械剥落的方法，从块状单晶中剥出薄片，附着到镀有一层二氧化硅的硅晶片上，并在此基础上制备出场效应晶体管。
实验显示，当二维黑磷材料厚度小于7.5纳米时，其在室温下可以得到可靠的晶体管性能，其漏电流的调制幅度在10万量级，电流-电压特征曲线展现出良好的电流饱和效应。
晶体管的电荷载流子迁移率还呈现出对厚度的依赖性，当二维黑磷材料厚度在10纳米时，获得最高的迁移率值大约1000平方厘米每伏每秒。
这些性能表明，二维黑磷场效应晶体管在纳米电子器件应用方面具有极大的潜力。