孟雨欣 赵漪凡 李绍春

1) (南京大学物理学院, 固体微结构物理国家重点实验室, 南京 210093)

2) (南京大学人工微结构科学与技术协同创新中心, 南京 210093)

以石墨烯为代表的二维材料具有新颖的物理特性和潜在的应用前景. 但石墨烯的零带隙限制了它在半导体器件中的应用, 寻找新的半导体型替代材料成为当前的一个研究热点. 作为黑磷的单层, 磷烯具有褶皱状蜂窝结构. 它具有可调直接带隙、高载流子迁移率和面内各向异性等独特的性质, 引起了人们的广泛关注.磷烯的发现开辟了Ⅴ族二维单层材料的研究领域. 本文首先着重介绍具有黑磷结构的五种单元素二维材料(氮、磷、砷、锑和铋)的结构、合成和物理性质. 其次, 讨论了一些类黑磷结构的二元二维材料, 包括Ⅳ-VI族化合物、V-V族化合物. 这些材料具有独特的晶体对称性, 通过改变结构以及维度可以实现对性质的调控. 最后指出了一些当前需要解决的问题, 并对这些二维半导体材料未来可能的应用前景进行了展望.

1 引 言

二维材料通常是指厚度为一个或几个原子层的材料, 具有新颖的电子[1]和光电性质[2-4], 例如量子受限的电子能带结构[5], 受层数调控的带隙[6],以及半导体-金属转变[7]. 2004年, 石墨烯的发现被认为有潜力应用于下一代电子学领域. 石墨烯在室温下的载流子迁移率可达2 × 105cm2/(V·s), 超过了单晶硅. 然而, 本征的石墨烯为零带隙的半导体, 由石墨烯制成的场效应管开关比较低, 这也大大制约……