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    中科院理化所和清華大學:室溫液態金屬打印制備準二維β-Ga2O3半導體構建晶體管電子器件
    2019-09-24

    鎵和鎵基合金是典型的室溫液態金屬,具有低熔點、高表面張力、柔韌變形性、良好的導熱性和導電性以及低毒性等優秀特性?;谝簯B金屬的應用迄今已被拓展到先進熱管理、柔性電子、軟體機器人、生物醫學等多個領域。與其它金屬類似,空氣與鎵基液態合金之間的界面處同樣易于形成薄的自限性氧化膜。在以往的系列研究中,基于氧化前后表面張力的變化被用于在酸性或堿性溶液中誘導液態金屬的各種運動和變形行為。然而,到目前為止,氧化膜本身的物理性質很少受到關注。

    β-Ga2O3是一種新興的半導體材料,其具有4.6-4.9 eV的超寬帶隙,高擊穿電場和較大的Baliga品質因數(Baliga’s Figure of Merit, BFOM),是制備下一代高功率電子器件的候選材料之一。然而,由于β-Ga2O3膜大面積沉積具有很高的難度,實現基于β-Ga2O3膜的電子器件一直是頗具挑戰性的問題。實際上,包覆Ga基液態金屬表面的氧化層在制造大面積β-Ga2O3膜方面可以拓展出驚人的新應用。

    眾所周知,二維(2D)材料具有許多與塊狀材料不同的有趣特性,例如壓電和光學特性,其多樣化應用潛力激發了學術界對相應合成策略的特別關注,而合成策略在很大程度上由于各種創新方法的提出而逐步得到拓寬。2012年,中科院理化所劉靜小組在一篇長達30頁的前瞻性論文中**描述了基于液態金屬鎵等材料直接制備各類型導體、半導體繼而構筑功能器件的DREAM Ink(夢之墨)原理和方法;2017年,澳大利亞Kalantar-zadeh小組借助鎵基液態金屬的獨特反應環境探索了相對容易的合成路線?;诜兜氯A力分離表面氧化膜的方法激發了獲取超薄氧化鎵層的新方法,進一步豐富了其它功能性二維材料的合成策略。理論上,由此制成的材料在構建薄膜半導體器件方面具有獨特優勢。然而,迄今為止,國際上直接利用液態金屬制造功能器件的研究還鮮有嘗試,將這些材料用于制備場效應晶體管半導體層的相關探索存在大量空白,學術界對這些二維材料的電性能研究尚有較大欠缺。


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