非易失性铁电畴对2D材料的可编程掺杂

（Nanowerk Spotlight）二维（2D）材料可以为未来的技术提供新的构建基块，但这需要控制2D半导体中载流子类型的方法。许多开创性工作证明了在2D材料中编程载流子类型的不同方法，例如静电掺杂，化学掺杂，离子注入，电荷转移和退火控制。

最近，来自中国科学院上海技术物理研究所的一组研究人员开发了一种技术，该技术可使用非易失性铁电畴对可重定义的纳米电子器件的2D材料进行掺杂。

“在以前的工作中，铁电材料用于调整不同2D材料的传输特性和能带结构，”《自然电子》（Nature Electronics）最近一篇论文的高级作者王建路教授说（“由非易失性铁电畴控制的可编程过渡金属二卤化氢同质结”）。压电响应力显微镜（PFM）是原子力显微镜（AFM）的一种变体，可以对铁电畴进行图案化和处理。一天，当我们像往常一样执行PFM测试时，我们想到了一个新主意。”

“如果用2D材料替换底部电极会发生什么？” 他继续。“在这种情况下，PFM并不是表征铁电材料的技术，而是一种控制2D材料特性的方法。2D材料的原子薄性以及PFM的原子精度使其在纳米材料中具有广阔的前景。设备应用程序。” MoTe 2横向pnpn同质结，使用探针控制的铁电域进行调谐。当铁电聚合物-P（VDF-TrFE）上下极化时，将电子/空穴注入通道。（图片：中国科学院上海技术物理研究所） p和n掺杂的实现对于制造具有高级功能的2D半导体器件至关重要。在这项工作中，研究人员展示了一种掺杂2D材料的铁电畴图案化方法。 当导电探针以负电压在铁电薄膜的表面上扫描时，铁电薄膜被极化。铁电极化利用了界面处静电场的非易失性来掺杂下面的MoTe 2。将空穴注入到MoTe 2通道中以屏蔽偏振场，从而创建了p掺杂的MoTe2。 类似地，当通过使用正扫描电压将铁电膜极化向下时，可以获得n掺杂的MoTe 2沟道。 铁电畴图案可以不受金属电极的限制而被写入，并且可以基于PFM扫描技术进行任意编辑。此外，铁电极化是非易失性的，可以通过外部电压脉冲改变。这意味着写入的铁电畴图案可以被擦除和重写以制造新的功能器件。 与常规的静电掺杂不同，由偶极在界面处的有序排列形成的铁电场是非易失性的。铁电材料的极化方向可以通过施加到PFM尖端的电压来控制，该尖端的作用类似于常规晶体管中的栅电极。 这种掺杂方法具有其独特的魅力。与具有固定栅电极的传统晶体管相比，PFM尖端可以自由移动，从而释放了金属电极限制的铁电畴图形并可以任意编辑。 基于这种尖端扫描技术，该团队制造了电子和光电设备，例如MoTe 2 pn，np，pp，nn同质结，以及电写入和光学读取存储设备。 他们还借助复旦大学的Peng Zhou研究小组在铁电畴模式方法的帮助下探索了一种准非易失性存储器，该存储器的刷新时间为100 s，写入/擦除速度为10 μs。 Wang Jianlu表示：“下一步将是通过减小去极化场来优化器件的稳定性和耐用性，从而改善铁电场。” 资料来源：由中科院上海技术物理研究所作为Nanowerk提供