二硫化铼（ReS2）的电子输运特性及逻辑器件研究进展

南京大学物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、微结构科学与技术协同创新中心的缪峰教授课题组和王伯根教授课题组在新型二维材料二硫化铼（ReS2）的电子输运特性及逻辑器件研究领域取得重要进展，相关论文于2015年5月7日发表在《自然-通讯》杂志上 (Nature Communications 6, 6991 (2015), DOI: 10.1038/ncomms7991)。该工作由南京大学、斯坦福大学和台湾科技大学合作完成。邢定钰院士指导并参与了本文的工作。该论文的第一作者是物理学院博士生刘尔富与符亚军，通讯作者是南京大学缪峰教授、王伯根教授及斯坦福大学袁洪涛研究员。

　　自2004年石墨烯被发现以来，二维材料已成为近十余年的研究热点。2011年发现的二维过渡金属硫族化物（例如二硫化钼 MoS2）是具有合适带隙的半导体材料。利用二维过渡金属硫族化物制备出的电子与光电器件表现出优异的性能，在电子与光电器件应用等方面展现出巨大潜力，为后摩尔时代集成化电子器件的研究开辟了新的方向。

　　作为新型二维过渡金属硫族化物，二硫化铼（ReS2）具有低晶格对称性（图a）和弱层间耦合的特性。这些特性使ReS2表现出与其他二维过渡金属硫族化物不同的物理性质，例如各向异性以及在多层ReS2中保持直接带隙。基于这些特殊的物理性质，ReS2有希望被用来实现一些与其他二维材料不同的器件及应用。

　　为了深入探索ReS2的物理特性及其应用，这项工作利用机械解理法得到了单层及多层ReS2样品，并对其进行了表征。利用微纳加工方法制备了基于单层及多层ReS2的高性能场效应管，在开关比及亚阈值摆幅等参数上与MoS2场效应管中得到的最好数值相媲美。同时，首次研究了ReS2由于低晶格对称性导致的机械性能及电子输运性质的各向异性特性（图b），并得到了所有二维材料中最高的各向异性比值。最后，利用各向异性特性，将晶格方向作为新的器件设计参数，成功制备出了基于ReS2的逻辑反向器（图c），并得到了较高的放大增益（图d），实现了ReS2在电子器件方向的初步应用。

　　这项工作的主要意义在于：（1）率先研究了新型二维材料ReS2的场效应管性能；（2）首次系统研究了ReS2的各向异性特性，为二维材料的应用提供了新的可能；（3）基于各向异性，提出了一种更高效、便捷的逻辑反向器制备方法，为二维材料在集成电子电路上的应用提供了新的思路。

　　该项研究得到科技部“量子调控”国家重大科学研究计划（青年科学家专题）项目、江苏省杰出青年基金、科技部国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金、教育部协同创新计划等资助。（物理学院 科学技术处）

　　（a）ReS2低对称性的晶体结构；（b）由ReS2低晶格对称性导致的机械性能各向异性；（c）基于ReS2各向异性制备的逻辑反向器；（d）ReS2逻辑反向器的工作性能，将输入的低（高）电平转化为高（低）电平。

　　消息来源：http://news.nju.edu.cn/show_article_1_38522