外延生长具有厚度可调导电属性的非层状二维碲化锰纳米片用于p-型场效应晶体管和优异的接触电极

摘要

碲化锰（manganese telluride,MnTe）作为一种新兴的非层状二维材料，因其优异的性质以及在下一代电子和光电子器件中的巨大潜力，而受到研究学者们的广泛关注。然而，目前超薄二维MnTe的可控合成仍然是一个巨大的挑战，这限制了对其基础性质的研究和应用的深入探索。本文采用化学气相沉积方法成功合成了大面积的MnTe纳米片，并探究了其厚度对电学性质和器件应用的影响。通过提高MnTe纳米片的生长温度，样品厚度逐渐增加，晶畴尺寸从10 μm增至125 μm，形貌从三角形逐渐过度到六边形，最终生长成高度对称的圆形。结构表征和二次谐波测试表明，所制备的MnTe纳米片具有高度的结晶质量和优异的二阶非线性光学性质。此外，通过对不同厚度MnTe纳米片的电学输运测试，发现随着厚度从薄到厚，其导电特性从p型半导体逐渐转变为半金属。因此，利用半导体特性的薄层MnTe纳米片构建的光电探测器展现出出色的光响应性能。而将金属特性的厚层MnTe作为MoS₂场效应晶体管的接触电极，显著提高了器件性能，如载流子迁移率可从12.76 cm²·V^-1·s^-1 （Au接触）提升到47.34 cm²·V^-1·s^-1 （MnTe接触）。

关键词

二维材料 / 碲化锰 / 化学气相沉积 / 场效应晶体管 / 光电探测器 / 接触电极

基金资助

国家自然科学基金(22222505,51972204,22375121); 中央高校基本科研业务费专项(GK202308002); 陕西省自然科学基础研究计划项目(2021JM-203); 陕西省大学生创新创业训练计划项目(S202310718158); 陕西省三秦学者创新团队项目; 陕西师范大学材料科学与工程学院创新团队项目资助