第一作者：Jiabiao Chen

通訊作者：吳金雄

通訊單位：南開(kāi)大學(xué)

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本研究通過(guò)化學(xué)氣相沉積（CVD）方法成功合成了可轉(zhuǎn)移的超薄Bi₂Ge(Si)O₅介電合金，其組成可通過(guò)改變GeO₂/SiO₂前驅(qū)體的相對(duì)比例在x的全范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

這些合金的介電性能高度可調(diào)，顯示出超過(guò)40的介電常數(shù)，是CVD生長(zhǎng)的2D絕緣體中記錄最高的。Bi₂GeO₅和Bi₂Ge(Si)O₅的垂直生長(zhǎng)特性使得無(wú)聚合物轉(zhuǎn)移和隨后的干凈范德華集成成為可能，作為高κ封裝層以提高2D半導(dǎo)體的遷移率。

此外，使用Bi₂Ge(Si)O₅合金作為柵介質(zhì)的MoS₂晶體管表現(xiàn)出>10⁸的Ion/Ioff ，理想的亞閾值擺幅約為61 mV/dec，以及小的柵壓遲滯(~5 mV)。該工作不僅為控制CVD生長(zhǎng)絕緣介電合金提供了極少數(shù)的例子，而且還擴(kuò)展了2D單晶高κ介電家族。

圖文導(dǎo)讀

圖1 CVD生長(zhǎng)和表征超薄Bi₂GeO₅單晶。

圖2 可控合成和表征具有可調(diào)組成的超薄Bi₂Si_xGe_1?xO₅合金。

圖3 原始和Si合金化的Bi₂GeO₅ 2D晶體的介電性能。

圖4 垂直生長(zhǎng)的Bi₂GeO₅納米片作為高κvdW封裝層以提高少層MoS₂的遷移率。

圖5 基于Bi₂Si_xGe_1?xO₅ (x = 0.278) 介電合金的無(wú)遲滯MoS₂ FET。

總結(jié)展望

本研究成功實(shí)現(xiàn)了通過(guò)CVD方法控制合成具有可調(diào)組成的2D單晶介電合金，并通過(guò)調(diào)節(jié)GeO₂和SiO₂前驅(qū)體的比例，實(shí)現(xiàn)了Bi₂Si_xGe_1?xO₅?合金的組成在x = 0到x = 1的全范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)。

這些合金展現(xiàn)出了高介電常數(shù)和可調(diào)節(jié)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，使其成為制造高性能2D半導(dǎo)體器件的理想材料。特別是，Bi₂GeO₅和Bi₂Ge(Si)O₅納米片作為高κ封裝層，顯著提高了MoS₂晶體管的遷移率，并實(shí)現(xiàn)了無(wú)遲滯的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

這些發(fā)現(xiàn)不僅為2D電子器件的制造提供了新的材料選擇，也為探索新型物理現(xiàn)象提供了可能。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Controllable Synthesis of Transferable Ultrathin Bi2Ge(Si)O5 Dielectric Alloys with Composition-Tunable High-κ Properties

期刊：J. Am. Chem. Soc.