剥离黑磷晶体管对抗环境降解的有效钝化
介观与纳米尺度物理
2014-11-11 v1 材料科学
摘要
研究发现，未封装的剥离黑磷（BP）薄片在暴露于环境条件时会发生化学降解。我们采用原子力显微镜、静电力显微镜、透射电子显微镜、X 射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱来表征降解过程的结构和化学性质，结果表明饱和 O2 的 H2O 与 BP 发生不可逆反应，形成氧化磷物种。这一解释得到了以下观察结果的进一步支持：与亲水性 SiO2 相比，BP 降解在疏水性十八烷基三氯硅烷自组装单分子层和 H-Si(111) 上发生得更快。对于未封装的 BP 场效应晶体管，环境降解导致阈值电压在环境放置 6 小时后大幅增加，随后在 48 小时后 FET 电流开关比和迁移率下降约 10^3 倍。原子层沉积的 AlOx 覆盖层有效抑制了环境降解，使得封装后的 BP FET 在环境中放置两周以上仍能保持约 10^3 的高开关比和约 100 cm2/(V*s) 的迁移率。这项工作表明，当薄片得到充分钝化时，可以有效控制 BP 的环境降解。反过来，我们增强 BP 环境稳定性的策略将加速 BP 在电子和光电子应用中的实施。
引用
@article{arxiv.1411.2055,
title = {Effective Passivation of Exfoliated Black Phosphorus Transistors against Ambient Degradation},
author = {Joshua D. Wood and Spencer A. Wells and Deep Jariwala and Kan-Sheng Chen and EunKyung Cho and Vinod K. Sangwan and Xiaolong Liu and Lincoln J. Lauhon and Tobin J. Marks and Mark C. Hersam},
journal= {arXiv preprint arXiv:1411.2055},
year = {2014}
}
备注
Accepted at Nano Letters; 18 pages, 5 figures, and 23 figure supporting information