呂瑞濤等基於二維面內異質結首次同步實現熱/電整流
晶片對於民用和國防多個領域至關重要 ，也是我國核心科技的「卡脖子」難題之一 。單層過渡金屬二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides, TMDCs）面內異質結由於具有原子級厚度和極高的開關比 ，有望取代矽基材料延續並突破摩爾定律的發展 ，同時界面摻雜和界面形狀調控為提升其性能提供了新的策略 ，然而面內異質結的可控合成仍面臨巨大挑戰；另一方面 ，晶片的高度集成會導致局部熱流密度大幅上升 ，但由於半導體材料中普遍存在的三聲子散射作用 ，熱導率和溫度呈負相關 ，導致大功率工作條件下將加速晶片的熱失效 。
針對上述難點問題 ，清華大學材料學院呂瑞濤課題組和航天航空學院張興教授團隊合作 ，採用金箔輔助的常壓化學氣相沉積（Atmospheric-Pressure Chemical Vapor Deposition, AP-CVD）方法合成了單層MoSe2-WSe2面內異質結 ，採用微加工技術製備了不同界面轉角的懸架H型器件 。測量結果表明 ，器件的熱/電整流比具有顯著的界面-電極角度依賴性 。當電子和聲子垂直通過異質結界面時 ，器件具有高達104的電整流比和96%的熱整流比；反之 ，當二者平行通過異質結界面時 ，器件的熱/電整流效應同時消失 。分子動力學模擬表明 ，該面內二維異質結具有高熱整流比主要得益於界面兩側異種材料的聲子態密度存在顯著差異以及不規則的界面和元素的局部摻雜導致聲子局域化效應的協同作用 。
不同界面角度MoSe2-WSe2異質結器件的製備與表征
相關成果以「單層面內異質結的同步電/熱整流」(Simultaneous electrical and thermal rectification in monolayer lateral heterojunction)為題 ，發表在國際著名期刊《科學》（Science）上 。清華大學航天航空學院2018級博士生張宇峰和材料學院2018級博士生呂倩為文章的共同第一作者 。清華大學為論文的第一完成單位和唯一通訊單位 ，清華大學航天航空學院張興教授 、材料學院呂瑞濤副教授和航天航空學院王海東副教授為論文的共同通訊作者 。清華大學物理系熊啟華教授和航天航空學院碩士生趙帥伊等為論文做出了重要貢獻 。該項研究得到了國家自然科學基金委和國家重點研發計劃的資助 。
相關連結 ：http://www.science.org/doi/10.1126/science.abq0883
