广州顺天装备制造有限公司

     众所周知，高质量层状垂直异质结的制备，通常需要利用超高真空分子束外延生长等手段。然而，此类制备方法对外延材料的基底晶格匹配等要求较高。范徳华堆垛方法是近年来兴起的凝聚态物理研究前沿之一，其利用层状材料的范徳华结合力，将不同的二维、准二维材料人工堆垛成为任意异质结构，可以大大降低受基底材料的局限。该方法一经发明，立刻在凝聚态物理领域引发了全球范围的研究热潮。目前，该体系已经在介观尺度下实现了由超高质量界面引起的整数与分数量子霍尔效应、电子光学等新奇物理特性。

    金属所磁性材料与磁学研究部研究人员发明了倒置范徳华堆垛的新方法（图2）。解决了传统范徳华垂直异质结构难以获得高质量超薄顶层的结构性难题，目前已申请中国专利一项。基于上述倒置转印范徳华堆垛的制备方法，金属所研究人员以少数层二硫化钼（MoS₂）为研究体系，利用超薄（少数原子层）的六方氮化硼（h-BN）作为范德瓦尔斯异质结的隧穿层，系统开展了隧穿晶体管器件研究。研究表明，通过在金属（Au）和半导体（MoS₂）界面之间引入隧穿h-BN，可有效降低界面处的肖脱基势垒，从而实现通过局域石墨背栅的对通道MoS₂费米能级的精确静电调控（图3）。

    该项研究工作由沈阳材料科学国家（联合）实验室磁学与磁性材料研究部张志东研究员与韩拯研究员主持，国内外多家科研单位共同合作完成。金属所先进炭材料研究部孙东明研究员在微纳器件制备方面提供支持，半导体所姜向伟研究员小组进行了第一性原理计算模拟，北京大学量子中心陈剑豪教授小组提供了电子束曝光（EBL）加工支持，太原理工大学郭俊杰教授研究组进行了聚焦离子束（FIB）制备与透射电镜(TEM）表征，法国奈尔研究所Vincent Bouchiat教授小组提供了变频探针测试支持，长沙理工大学贾传坤教授参与了电学测量与分析工作。金属所博士研究生李小茜为论文的第一作者，半导体所范志强博士为第二作者（第一理论计算作者）。金属所韩拯研究员、孙东明研究员、半导体所姜向伟研究员为本文的共同通讯作者。