Elucidating the photoresponse of ultrathin MoS2 field-effect transistors by scanning photocurrent microscopy
利用扫描光电流显微镜研究了少层二硫化钼场效应晶体管的本征光响应机理。我们将局部增强的光电流归因于MoS 2/Au界面处的光激发载流子的能带弯曲辅助分离。几层二硫化钼晶体管的波长依赖性光电流定性地遵循二硫化钼的光吸收光谱，提供带间光激发的直接证据。在不同的外部电场和载流子浓度的时间和光谱分辨光电流测量建立漂移扩散电流占主导地位的偏置下的设备中的光电电流。
2013-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Memory effects in black phosphorus field effect transistors
报道了黑磷沟道背栅场效应晶体管的制作及其电学特性。我们表明，由于本征缺陷的传输特性的滞后，可以利用实现非易失性存储器。我们证明，栅极电压脉冲允许捕获和存储电荷内的缺陷状态，这使得存储器设备的耐久性超过200个周期和保留时间超过30分钟。我们表明，使用的保护性聚（甲基丙烯酸甲酯）层，位于黑磷通道的顶部，不影响设备的电性能，但避免了暴露于空气中所造成的退化。
2021-10-15 cond-mat.mes-hall
Transport Spectroscopy of Single Phosphorus Donors in a Silicon Nanoscale Transistor
我们发展了奈米级的双闸极场效电晶体，以研究单一有意植入的磷供体的电子态与输运性质。这些器件提供了纳米电子学潜在应用所需的关键参数的高水平控制。对于捐助者，我们解决了相应的两个电荷状态依次被自旋向下和自旋向上的电子占据的过渡。充电能量和Lande g因子与门控纳米结构中的供体的预期一致。
2010-02-02 cond-mat.mes-hall
Ultrahigh photoresponse of few-layer TiS3 nanoribbon transistors
在这里，我们隔离薄的TiS 3带，一个分层的直接带隙半导体（1.1 eV，非常适合整个可见光谱的检测），到目前为止几乎未被探索。我们制作场效电晶体并研究其电性及光电性质。测量的FET特性显示迁移率高达2.6 cm^2/Vs，开/关比高达10^4。在光照下，TiS 3 NR-FET呈现出2910 A/W的快速光响应和~4 ms的快速上升/下降时间。此外，我们测量截止频率（f3 dB）高达1000 Hz。TiS 3纳米晶体管在可见光谱范围内的灵敏度和快速的时间响应的强大组合使其成为迄今为止最好的纳米级光电探测器之一。
2014-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Black Phosphorus Radio-Frequency Transistors
近年来，层状黑磷（BP）的少层和薄膜形式在高性能纳米电子学和红外光电子学中具有广阔的应用前景。层状BP薄膜提供了约0.3 eV的适度带隙和高载流子迁移率，导致晶体管具有良好的开关比和高的通态电流密度。在这里，我们首次展示了黑磷场效应晶体管的千兆赫频率操作。这里展示的BP晶体管显示出良好的电流饱和，通断比超过2000。我们实现了超过270 mA/mm的电流密度和超过180 mS/mm的空穴传导的DC损耗。使用标准的高频表征技术，我们测量了短路电流增益截止频率为12 GHz的fT和20 GHz的最大振荡频率fmax在300 nm沟道长度的设备。由于其有限带隙产生的良好电流饱和特性，BP器件可以在电压和功率增益方面为高频电子器件提供优于石墨烯晶体管的优势，从而使未来无处不在的晶体管技术能够在多GHz频率范围及更高频率范围内工作。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall
Electrically Tunable Energy Bandgap in Dual-Gated Ultra-Thin Black Phosphorus Field Effect Transistors
能带隙是半导体的固有特性，在很大程度上决定了它们的性能。在实时操作期间连续且可逆地调谐单个器件的带隙的能力不仅对器件物理而且对技术应用都是非常重要的。在这里，我们展示了一个宽可调的带隙的少层黑磷（BP）的垂直电场的应用在双栅BP场效应晶体管。当电位移场从0.10V/nm增加到0.83V/nm时，观察到124 meV的总带隙减小。我们的研究结果表明，吸引人的潜力少层BP作为一个可调的带隙材料在红外光电子学，热电发电和热成像。
2017-03-24 cond-mat.mes-hall
Contact resistance assessment and high-frequency performance projection of black phosphorus field-effect transistor technologies
在这项工作中，黑磷（BP）的场效应晶体管（FET）从不同的技术以前报道的接触质量的评价是通过一个有效的和可靠的接触电阻提取方法的基础上，个别设备的实际特性。一个很好的协议之间取得的提取值与这里使用的Y-函数方法和参考值与其他方法考虑内部值，以及与更昂贵的方法，涉及制造的测试结构。该方法能够直接评估同一技术中的不同步骤，并包含接触特性的温度依赖性。通道现象对提取的接触电阻值没有影响。高频性能的预测获得的基础上提取的接触电阻的制造设备。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall
Dirac Fermions induced in strained zigzag phosphorus nanotubes and the applications in field effect transistors
在这项工作中，狄拉克费米子已获得和工程的一维（1D）锯齿形磷纳米管（ZPNTs）。我们已经进行了全面的第一性原理计算研究的电子性质的ZPNTs与各种直径。结果表明，随着轴向晶格常数Lc的增大，ZPNTs经历了从金属到半金属和从半金属到半导体的转变，而在Lc为3.90 ~ 4.10 Ω时出现了狄拉克费米子.特别地，基于12-ZPNT（在横向方向上具有12个单位单元）的场效应晶体管（FET）在Lc= 4.60nm处表现出具有有效的栅极效应调制的半导体行为。然而，当纳米管在Lc= 4.10 μ m时变为半金属时，仅显示出弱的栅极调制。这项研究表明，ZPNTs在应变传感器中的应用是非常有吸引力的。我们的研究结果为开发基于一维材料中狄拉克费米子的高性能应变工程电子器件铺平了道路。
2016-10-27 cond-mat.mes-hall
Phosphorus oxide gate dielectric for black phosphorus field effect transistors
层状半导体黑磷（bP）的环境稳定性仍然是一个挑战。已知通过用氧等离子体的反应性离子蚀刻生长的具有磷氧化物POx的bP表面的钝化提高剥离的bP薄片的光致发光效率。我们应用磷氧化物钝化在制造的bP场效应晶体管使用的栅极叠层组成的POx层生长的反应离子蚀刻，然后由原子层沉积的Al 2 O 3。我们观察到室温顶栅迁移率为115厘米2/Vs在环境条件下，我们归因于低缺陷密度的bP/POx接口。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Extrinsic Origin of Persistent Photoconductivity in Monolayer MoS2 Field Effect Transistors
最近发现的二硫化钼（MoS2）的光响应显示了相当大的潜力，这些二维过渡金属dichalcogenides的光电应用。在MoS2的各种类型的光响应中，已经报道了不同水平的持续光电导（PPC）。然而，尽管PPC效应对材料的光响应具有重要意义，但对MoS2中PPC效应及其机制的详细研究仍然不可用。在这里，我们提出了一个系统的PPC效应在单层二硫化钼的研究，并得出结论，该效果可以归因于随机本地化的设备中的电位波动。值得注意的是，电位波动源自基于PPC的衬底效应的外部源。此外，我们指出了在二硫化钼的PPC效应和二硫化钼的逾渗输运行为之间的相关性。我们展示了一种独特而有效的方法来控制单层MoS2中的PPC效应，这可能会为未来基于MoS2的光电应用提供新的功能。
2015-05-20 cond-mat.mes-hall
Phosphorene FETs: Promising transistors based on a few layers of phosphorus atoms
本文综述了磷烯场效应晶体管的出现和进展，所有这些都是在大约一年的时间内完成的。在如此短的时间内，背栅FET演变为顶栅FET，栅极长度减小到亚微米范围，高k值或六方氮化硼的钝化具有时间、热和机械稳定性，欧姆接触在低温下实现，截止频率被推到10 GHz以上。磷烯的这些和其他有吸引力的特性使磷烯FET成为当前一代柔性电子器件以及未来一代超薄体低功耗高速高频晶体管的可行候选者。
2015-05-03 cond-mat.mes-hall
Performance Enhancement of Black Phosphorus Field-Effect Transistors by Chemical Doping
在这封信中，提出了一种新的方法来化学掺杂黑磷（BP），显着提高BP场效应晶体管的器件性能的初始时间为18小时，之前退化到以前报道的水平。采用2，3，5，6-四氟-7，7，8，8-四氰基醌二甲烷（F4-TCNQ），在1.5 μm的沟道长度下，获得了3.2ohm.mm的低导通电阻和229 cm 2/Vs的高场效应迁移率，以及532 mA/mm的高漏电流。
2016-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Broadband electrically detected magnetic resonance of phosphorus donors in a silicon field-effect transistor
我们报告电检测到的硅场效应晶体管中的磷施主的磁共振。片上传输线用于产生允许宽带操作的振荡磁场。在毫开尔文温度下，使用磁场和微波频率调制获得了高达40 GHz的连续波谱。光谱揭示了Si：P的超精细分裂电子自旋共振特性和显示二维电子气中自旋-自旋散射指纹的中心特征。
2008-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Environmental, Thermal, and Electrical Susceptibility of Black Phosphorus Field Effect Transistors
本研究系统探究环境、热、电因素对黑磷场效应晶体管性能的影响，发现常规二维器件工艺不适用于黑磷器件，需优化工艺以保障其稳定运行。
2015-07-15 cond-mat.mes-hall
Theory of helicity-sensitive terahertz radiation detection by field effect transistors
在两个天线模型，我们开发了一个理论最近观察到的螺旋灵敏探测太赫兹辐射场效应管。这种效应是由于两个天线在信道中产生的交流信号的混合而产生的。我们计算的螺旋度依赖的光响应的一部分，其依赖于天线阻抗，栅极长度，和栅极电压。
2013-03-01 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall Effect in Electron-Doped Black Phosphorus Field-Effect Transistors
黑磷场效应晶体管的出现为二维电子系统的研究带来了新的可能性。在黑磷FET中，栅极诱导高度各向异性的2D电子和空穴气体。尽管黑磷中的2D空穴气已经达到导致观察到整数量子霍尔效应的高载流子迁移率，但是2D电子气（2DEG）的样品质量的改善仅是适度的;量子霍尔效应仍然难以捉摸。在这里，我们获得高品质的黑磷2DEG通过定义的2DEG区域与预图案化的石墨局部栅极。石墨局域栅屏蔽了2DEG中的杂质势。更重要的是，它静电地定义了2DEG的边缘，这有助于在量子霍尔机制中形成定义良好的边缘通道。这些改进使我们能够在掺电子的黑磷FET中精确地观察到量子化的霍尔平台。在高磁场下的磁输运测量进一步揭示了大的有效质量和增强的Landé g因子，这表明黑磷2DEG中存在强的电子-电子相互作用。这种强相互作用可能导致分数量子霍尔机制中的奇异多体量子态。
2018-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mid-infrared time-resolved photoconduction in black phosphorus
黑磷作为用于光电子器件的材料已经引起了人们的兴趣，这是由于其具有许多有利的性质，例如高载流子迁移率、场效应和直接带隙，直接带隙的范围可以从其体晶形式的0.3eV到单个原子层的2 eV。块状黑磷的低带隙能量允许直接跃迁光吸收，这使得能够检测到中红外频率的光。在这项工作中，我们表征了黑磷光电导探测器在1.56 $μ$ m至3.75 $μ$ m波长范围内的室温光学响应。在近红外区的脉冲自相关测量揭示了一个强大的，次线性光电流非线性与1纳秒的响应时间，表明千兆赫兹的电带宽是可行的。覆盖近红外和中红外频率的时间分辨光电导测量显示出快速的65 ps上升时间，随后是与自相关确定的固有限制相匹配的时间尺度的载流子弛豫。的次线性光响应被证明是由载流子弛豫时间的减少，因为更多的能量被吸收在黑磷片，以及由载流子复合模型，这是非线性的过剩载流子密度描述。该器械的实测噪声等效功率为530 pW/ $\sqrt{\text{Hz}}$，这是Johnson噪声限制性能的预期值。快速灵敏的室温光响应表明黑磷是一种很有前途的中红外光电子新材料。
2016-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical characterization of fully encapsulated ultra thin black phosphorus-based heterostructures with graphene contacts
半导体少层黑磷具有有限的禁带宽度和高的迁移率，这为该材料在未来的二维电子器件中的应用提供了诱人的前景。在这里，我们展示了第一次完全封装的双（双层）黑磷场效应晶体管在范德华异质结，以排除其稳定性和退化的问题，限制了他们的应用潜力。在我们的器件架构中引入单层石墨烯用于单原子厚的共形源极-漏极电极，使得化学惰性的氮化硼电介质能够紧密密封黑磷表面。这种架构，一般适用于其他敏感的二维晶体，结果在高真空和环境条件下，在稳定的传输特性是无滞后和相同的。值得注意的是，我们的石墨烯电极导致接触不受电子发射的支配，解决了技术相关的双端场效应晶体管几何结构中肖特基势垒限制传输的问题。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall
Thickness-Controlled Black Phosphorus Tunnel Field-Effect Transistor for Low Power Switches
晶体管的不断缩小是当前信息技术成功发展的关键。然而，随着摩尔定律达到极限，迫切需要开发替代晶体管架构。晶体管要求电流每增加10倍，开关电压至少为60 mV，也就是说，亚阈值摆幅（SS）为每十倍（dec）60 mV。替代的隧道场效应晶体管（TFFET）被广泛研究以实现亚音速SS和高I60（SS变为60 mV/dec的电流）。异质结（HJ）薄膜晶体管显示出提供高的I60的承诺，但实验结果不符合理论预期，由于在HJ从不同的材料构成的接口问题。在这里，我们报告了一个自然的HJ-TFET与空间变化的层厚度在黑磷没有界面问题。我们在4-5 dec电流范围内实现了创纪录的低平均SS值（SSave_4dec = ~22.9 mV/dec和SSave_5dec = ~26.0 mV/dec），并具有创纪录的高I60（I60 = 0.65-1 uA/um），为低功耗开关的应用铺平了道路。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Symmetric Complementary Logic Inverter Using Integrated Black Phosphorus and MoS2 Transistors
本文报道了一种输入/输出电压匹配良好的集成二维互补金属氧化物半导体反相器的工作原理。该电路结合了几层MoS 2 n-MOSFET和黑磷（BP）p-MOSFET，使用薄（20 nm）HfO 2栅极电介质的公共局部背栅电极制造。组成器件具有-0.8 V和+0.8 V的线性阈值电压，并分别为MoS 2 n-MOSFET和BP p-MOSFET产生16 uS/um和41 uS/um的峰值跨导。该逆变器在VDD = 2.5 V电源电压下的电压增益为3.5，在VIN = 0（VIN = 2.5 V）时的峰值开关电流为108 uA，关态电流为8.4 uA（2.4 uA）。此外，该反相器的电压增益大于1（VDD > 0.5 V），具有开放的蝶形曲线（VDD > 1 V），在VDD = 2.5 V时，静态噪声容限超过500 mV。电压增益在270 K和340 K之间对温度不敏感，并在高达100 kHz的频率下实现了交流大信号和小信号工作。在适合于驱动后续逻辑级的对称电压窗口中操作的互补2D反相器的演示是在开发基于2D材料的器件的实际应用方面向前迈出的重要一步。
2016-02-21 cond-mat.mes-hall
Broadband Linear-Dichroic Photodetector in a Black Phosphorus Vertical p-n Junction
在宽光谱范围内检测光的能力是实际光电应用的核心，并且已经成功地用二维层状晶体（例如石墨烯和MoS2）的光电探测器进行了证明。然而，这种光电探测器内的偏振灵敏度仍然是难以捉摸的。在这里，我们展示了一个线性二向色性宽带光电探测器与分层黑磷晶体管，使用强大的内在线性二向色性所产生的平面内光学各向异性相对于原子的屈曲方向，这是偏振敏感的宽带宽从400 nm到3750 nm。特别是，在黑磷晶体管中，由门控引入的垂直内建电场可以在空间上分离沟道中的光生电子和空穴，有效地降低它们的复合率，从而提高线性二向色性光电探测的效率和性能。这提供了使用各向异性层状黑磷的新功能，从而能够实现新颖的光学和光电子器件应用。
2015-06-03 cond-mat.mes-hall
Integer and Fractional Quantum Hall effect in Ultra-high Quality Few-layer Black Phosphorus Transistors
作为一种高迁移率的二维半导体材料，原子薄的黑磷（BP）具有很强的结构和电子各向异性，为研究量子霍尔（QH）效应提供了一个新的平台，其中包括朗道能级（LL）能隙对磁场B的函数依赖性以及可能的各向异性分数QH态等突出问题。使用迁移率高达55，000 cm 2/Vs的封装少层BP晶体管，我们在填充因子ν=-1到-4的QH态的非常宽的B范围内提取LL带隙，这被确定为在B中是线性的，从而解决了由其各向异性引起的争议。此外，在ν~ -4/3处观察到分数QH态和在-0.56+/-0.1处的附加特征，强调BP作为探索电子相互作用的可调谐2D平台。
2018-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Device Perspective for Black Phosphorus Field-Effect Transistors: Contact Resistance, Ambipolar and Scaling
虽然已经成功地剥离了单层黑磷（BP）或磷烯（phosphorene），并对其光学性质进行了探索，但器件的大部分电性能都表现在少层磷烯和超薄BP膜上。本文研究了超薄BP场效应晶体管沟道长度的缩放，并讨论了一种利用不同接触金属改变晶体管特性的方案。通过研究不同沟道长度下晶体管的行为，可以从传输长度法（TLM）中提取接触电阻。对于不同的接触金属，我们发现，金属/BP界面有不同的肖特基势垒高度，导致接触电阻的显着差异，这是很大的不同，从以前的研究过渡金属二硫属化物（TMDs），如MoS 2，其中费米能级被强烈钉扎在金属/MoS 2界面的导带边缘附近。BP晶体管的本质是肖特基势垒FET，其中通过调节两个触点处的肖特基势垒来控制导通和关断状态。我们还观察了具有增强的n型漏电流的BP晶体管的双极特性，并证明了通过控制栅极偏置和漏极偏置，p型载流子可以容易地转移到n型或反之亦然，显示了实现BP CMOS逻辑电路的潜力。
2014-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards High-Performance Two-Dimensional Black Phosphorus Optoelectronic Devices: the Role of Metal Contacts
研究了二维黑磷场效应晶体管和光电探测器的金属接触。在黑磷器件中，金属功函数可以显著影响金属-半导体接触处的肖特基势垒。较高的金属功函数导致p型晶体管中较大的输出空穴电流，而双极特性可以用较低的功函数金属观察到。通过接触工程，在黑磷上展示了具有创纪录的高光响应度（223 mA/W）的光电探测器。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Out-of-Plane Charge Transport in Black Phosphorus with Graphene-Contacted Vertical Field-Effect Transistors
黑磷（BP）最近已经成为一种有前途的窄带隙层状半导体，其具有光电性质，其桥接半金属石墨烯和宽带隙过渡金属二硫属化物（诸如MoS 2）之间的间隙。迄今为止，BP场效应晶体管已经利用了具有面内传输主导器件特性的横向几何结构。相比之下，我们在这里提出了一个垂直场效应晶体管的几何结构的基础上的石墨烯/BP范德华异质结构。所得到的器件特性包括在低温下的高开态电流密度（> 1600 A/cm 2）和超过800的电流开/关比。两种不同的电荷传输机制被确定，这是占主导地位的不同制度的温度和栅极电压。特别是，石墨烯和BP之间的肖特基势垒决定了高温和正栅极电压下的电荷传输，而隧穿在低温和负栅极电压下占主导地位。这些结果阐明了平面外的电子输运BP，从而具有影响BP为基础的范德华异质结构的设计和操作。
2016-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coulomb blockade in a nanoscale phosphorus-in-silicon island
本文研究了硅单电子晶体管的低温电输运特性。岛和引线由通过聚合物抗蚀剂掩模的离子注入实现的图案化的磷掺杂区域限定。在该器件中，一个50 nm直径的岛，含有约600个施主，并具有金属态密度，通过未掺杂的硅隧道势垒与源极和漏极引线分离。中心岛和隧道势垒由场效应晶体管几何形状中的表面栅极覆盖，从而允许控制引线和岛之间的耦合。测量了掺杂岛充电引起的库仑阻塞，观察到振荡周期是恒定的，而充电能量依赖于表面栅电压。我们讨论了在这些结构中接近少数电子制度的可能性，目的是观察和操纵离散的量子力学状态。
2006-02-21 cond-mat.mes-hall
Engineering Schottky Barrier in Black Phosphorus field effect devices for spintronic applications
黑磷（BP）是近年来发现的一种很有前途的二维直接带隙半导体材料。在这里，我们报告的双极场效应晶体管的行为多层BP铁磁隧道接触。通过使用TiO ${_2}$ /Co接触，我们观察到肖特基势垒降低< 50 meV，这可以通过栅极电压进一步调节。突出地，在BP器件中实现了良好的晶体管性能，其中漏极电流调制在四到六个数量级上。在室温下，空穴和电子的载流子迁移率分别为$\sim$ 155和0.18 cm ${^2}$ V ${^{-1}}$ s ${^{-1}}$.此外，磁阻计算表明，与施加的栅极电压的BP设备的电阻是在适当的范围内注入和检测自旋极化的空穴。我们的研究结果表明，工程BP nanolayered器件的有效的纳米电子和自旋电子学应用的前景。
2014-07-04 cond-mat.mes-hall
Effective Passivation of Exfoliated Black Phosphorus Transistors against Ambient Degradation
发现未包封的剥离的黑磷（BP）薄片在暴露于环境条件时发生化学降解。原子力显微镜，静电力显微镜，透射电子显微镜，X-射线光电子能谱学，和傅里叶变换红外光谱表征的结构和化学的降解过程中，表明O2饱和H2O不可逆地与BP反应，形成氧化磷物种。这一解释得到了以下观察结果的进一步支持：与亲水性SiO2相比，疏水性十八烷基三氯硅烷自组装单层和H-Si（111）上的BP降解发生得更快。对于未封装的BP场效应晶体管，环境退化导致在环境中6小时后阈值电压大幅增加，随后在48小时后FET电流开/关比和迁移率降低约10^3。原子层沉积的AlOx覆盖层有效地抑制了环境退化，允许封装的BP FET在环境中保持约10^3的高开/关比和约100 cm 2/（V*s）的迁移率超过两周。这项工作表明，BP的环境降解，可以有效地管理时，薄片充分钝化。反过来，我们提高BP环境稳定性的战略将加速BP在电子和光电应用中的实施。
2014-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ohmic contact engineering in few-layer black Phosphorus field effect transistors
实现与范德华材料的良好质量欧姆接触是一个挑战，因为在金属和范德华材料之间的界面处，可能发生不同的条件，从两种材料之间存在大的能量势垒到接触下方的分层材料的金属化。在黑磷（bP）中，另一个挑战是它对氧气和水分的高反应性，因为不受控制的氧化的存在会显著改变触点的行为。在这项研究中，我们研究了用于接触bP的金属对不同薄片和不同样品之间的可变性的影响，使用三种最常用的金属作为接触：铬，钛和镍。使用传输长度方法，从十个器件的分析，在室温和低温下，镍的结果是最好的金属欧姆接触bP，提供最低的接触电阻和最小的散射之间的不同设备。此外，我们调查这些设备的电流-电压特性的栅极依赖性。在积累制度，我们观察到良好的线性所有金属调查。
2019-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable strong-weak localization transition in few-layer black phosphorus
原子薄的黑磷（BP）场效应晶体管显示出强-弱的局域化转变，这是通过栅极电压可调。在低载流子密度区测量了通过电荷杂质诱导局域态的跳跃输运。采用变程跳跃模型模拟了载流子的散射行为。在高载流子浓度区，负的磁电阻信号弱的局域化效应。提取的相位相干长度是幂律温度依赖的（$\sim T^{-0.48\pm0.03}$），并演示了电子-电子相互作用在少层BP。基于在少层BP中观察到的门可调强弱局域化跃迁，提出并讨论了强局域化长度与相位相干长度之间的竞争。
2017-03-26 cond-mat.mes-hall
Limits on the Bolometric response of Graphene due to flicker noise
利用扫描光电流显微镜研究了石墨烯场效应晶体管在近场和远场配置下的光响应，发现石墨烯在远离接触的源漏偏置电压下的响应主要是由激光诱导加热引起的测辐射热效应决定的.我们发现，在光调制频率高达100 kHz的光电流没有显着的变化。虽然测辐射热电流的大小与偏置电压成比例，但它也会导致噪声。这种噪声的频率依赖性表明，它具有1/f特性，与偏置电压成比例，并限制在低光功率下可检测的热辐射光响应。
2015-02-10 cond-mat.mes-hall
Double carrier transport in electron doped region in black phosphorus FET
在薄膜黑磷（BP）场效应晶体管（FET）器件中观察到高电子掺杂区的双载流子输运。用六方氮化硼（h-BN）薄膜封装典型厚度为15 nm的BP薄膜，以避免因空气暴露而劣化。它们的霍尔迁移率在4.2 K时在空穴和电子掺杂区分别达到5300 cm 2/Vs和5400 cm 2/Vs。在电子掺杂区，电导率与栅压的关系呈现出反常的肩状结构。此外，在肩部以上的栅极电压下，磁阻变为正，并且出现额外的缓慢的Shubnikov-de Haas振荡。这些结果强烈地暗示了第二载波的出现，其起源于具有局部带边的第二子带。
2018-11-06 cond-mat.mes-hall
Black Phosphorus-Monolayer MoS2 van der Waals Heterojunction P-N Diode
Phosphorene是一种基本的2D材料，它是黑磷的单层，最近已经被机械剥离。在其块体形式中，黑磷显示出高载流子迁移率（~10000 cm 2/Vs）和~0.3 eV的直接带隙。性能良好的p型场效应晶体管，迁移率高达1000 cm 2/Vs，以及光电晶体管，已被证明在几层黑磷，显示其电子和光电子应用的前景，由于其高空穴迁移率和厚度依赖性的直接带隙。然而，现代电子和光电子器件的基本构件pn结尚未基于黑磷实现。在本文中，我们展示了一种基于p型黑磷/n型单层MoS 2范德华p-n异质结的栅极可调p-n二极管。在光照下，这些超薄p-n二极管在633 nm波长处显示出418 mA/W的最大光电探测响应率，以及0.3%的外量子效率的光伏能量转换。这些p-n二极管显示出用于宽带光电探测和太阳能收集的前景。
2014-07-13 cond-mat.mes-hall
Electric Field Induced Topological Phase Transition in Two-Dimensional Few-layer Black Phosphorus
磷烯是一种新型的二维材料，可以通过机械剥离从层状黑磷中分离出来，但与石墨烯和硅烯不同，单层磷烯具有较大的带隙。因此，未怀疑其表现出能带反转和随后的拓扑绝缘体行为。它最近引起了人们的兴趣，因为它提出的场效应晶体管的应用。使用第一性原理计算与外加垂直电场F，我们预测一个连续的过渡，从正常的绝缘体到一个拓扑绝缘体，并最终到金属作为F的函数。利用电场连续调整拓扑行为将导致自旋分离的无间隙边缘状态，即，量子自旋霍尔效应。这一发现为利用电场将普通绝缘材料转化为拓扑材料，并制作同时操纵自旋和载流子的多功能场效应拓扑晶体管提供了可能。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature high detectivity mid-infrared photodetectors based on black arsenic phosphorus
与分子“指纹”成像、遥感、自由空间电信和光学雷达等重要应用有关的中红外光谱范围具有特别的科学意义和技术重要性。然而，用于MIR检测的现有技术材料受到固有噪声和不方便的制造工艺的限制，导致需要低温操作的高成本光电检测器。我们报告黑色砷磷基长波红外光电探测器与室温操作高达8.2微米，进入第二个MIR大气传输窗口。结合范德华异质结，在3-5 μ m范围内获得了高于4.9*10^9琼斯的室温比探测率。光电探测器工作在零偏压光伏模式，实现快速光响应和低暗噪声。我们的vanderWaals异质结光电探测器不仅证实了砷磷黑作为一个有前途的候选人，MIR光电应用，但也铺平了道路的一般策略，以抑制1/f噪声的光子器件。
2017-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent collective effects for silicene, germanene and monolayer black phosphorus
我们数值计算了新发现的硅烯，锗烯和黑磷（BP）的电子交换，相关能和动态极化函数，由元素磷原子的褶皱层组成，拓宽了二维（2D）材料在不同温度下的范围。事实上，单层BP，由机械和液体剥离技术，已被预测为具有大的能量分裂1.6 eV的准粒子能带结构的绝缘体。我们比较了这些能量对化学势、场致能隙和温度的依赖性，并得出结论，在许多情况下，它们的性质相似，即，随着掺杂而增加，在升高的温度下显著降低，并且在各种温度下显示出对不对称间隙的不同依赖性。此外，我们使用的动力学极化率，调查新的“分裂”等离子体激元分支的褶皱晶格和预测一个独特的分裂，不同的带隙的石墨烯，为各种能隙。我们的研究结果对于刺激这些新材料的电子，传输和集体研究，以及增强硅基制造和光电子器件和晶体管器件技术至关重要。
2016-05-27 cond-mat.mes-hall
van der Waals Bonded Co/h-BN Contacts to Ultrathin Black Phosphorus Devices
由于2D六方氮化硼（h-BN）的化学惰性，很少的原子层h-BN通常用于封装空气敏感的2D晶体，例如黑磷（BP）。然而，h-BN对肖特基势垒高度、掺杂和接触电阻的影响并不为人所知。在这里，我们调查这些影响，通过制造h-BN封装的BP晶体管与钴（Co）接触。与直接Co接触的p型BP器件形成鲜明对比，我们观察到在Co/BP界面插入h-BN后的强n型导电。第一性原理计算表明，这种差异源于Co/h-BN界面处的界面偶极子比Co/BP界面大得多，这降低了Co/h-BN接触的功函数。Co/h-BN接触具有低接触电阻（~ 4.5 k-ohm），并且无肖特基势垒。这使我们能够探测高电子迁移率（4，200 cm 2/Vs），并观察绝缘体-金属转变，即使在双端测量几何结构下。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall
Dephasing in strongly anisotropic black phosphorus
弱定位观察和确定在黑磷（bP）场效应晶体管65 nm厚。弱局域化行为被发现是在良好的协议与Hikami-Larkin-Nagaoka模型的领域高达1~T，从特征散射长度可以推断。发现退相长度$L_ϕ$随着空穴密度的增加而线性增加，在从霍尔效应推断的大约$10^{13} cm^{-2}$的空穴密度处达到55 nm的最大值。还研究了$L_ϕ$的温度依赖性，并且在1~K以上，发现在二维弹性散射的存在下，$L_ϕ$的温度依赖性比电子-电子散射的$L_ϕ\propto T^{-\frac{1}{2}}$依赖性特征弱。相反，观察到的幂律被发现接近以前在其他准一维系统，如金属纳米线和碳纳米管中观察到的。我们把我们的结果归因于bP的晶体结构，它具有一个“褶皱”的蜂窝晶格，形成了一个强各向异性的介质
2016-08-15 cond-mat.mes-hall
Hot-electron resonant terahertz bolometric detection in the graphene/black-AsP field-effect transistors with a floating gate
本文提出一种基于石墨烯沟道和黑磷/黑砷势垒层浮栅结构的场效应晶体管太赫兹探测器，利用入射辐射加热二维电子气引发热电子发射改变栅势，在等离激元共振频率下实现高响应率测辐射热探测。
2023-04-25 cond-mat.mes-hall
Probing 2D Black Phosphorus by Quantum Capacitance Measurements
二维材料及其异质结构不仅在基础物理学领域，而且在电子学和光电学领域都有着广泛的应用。黑磷（BP）是这类材料中相对较新的添加物。其强的面内各向异性使BP成为制造概念上新型电子器件的独特材料。然而，在器件几何结构的BP的全局态密度（DOS）还没有被实验测量。在这里，我们报告的量子电容测量与电导测量的hBN保护的几层BP（$\sim$ 6层）的双栅场效应晶体管（FET）的几何形状。从我们的量子电容测量DOS进行比较与密度泛函理论（DFT）。我们的结果表明，由于带边附近的局域态的存在，量子电容的输运能隙比电导测量的小。局域态的存在下，证实了我们的温度依赖性电导率中看到的可变范围跳跃。在电子和空穴侧之间观察到大的不对称性。这种不对称性是由于BP的各向异性带色散。我们的测量建立了量子电容的独特性，在探测带边附近的局域态，迄今没有看到的电导测量。
2015-10-30 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall Effect in Black Phosphorus Two-dimensional Electron Gas
开发新的、高质量的功能材料一直处于凝聚态研究的前沿。二维黑磷的出现极大地丰富了二维电子系统的物质基础。自从开发出第一个黑磷场效应晶体管（FET）$^{1-4}$以来，在实现高迁移率黑磷二维电子气（2DEG）方面已经取得了重大进展。在这里，我们达到了开发高质量黑磷2DEG的里程碑-整数量子霍尔（QH）效应的观察。我们通过在靠近石墨背栅的范德华异质结中嵌入黑磷2DEG来实现高质量;石墨栅极屏蔽了2DEG中的杂质电势，并使载流子霍尔迁移率高达6000 $cm^{2}V^{-1}s^{-1}$。这种异常的迁移率使我们第一次观察到了量子氢效应，并获得了关于黑磷中自旋分裂朗道能级的重要能量信息。我们的研究结果为进一步研究量子输运和器件应用奠定了基础。
2015-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of Edge States on Device Performance of Phosphorene Heterojunction Tunneling Field Effect Transistors
通过原子量子输运模拟研究了使用异质结（He）的黑磷（BP）隧道晶体管（TFET）。结果表明，边缘态对BP-He-TFTs的输运特性有很大的影响，导致了潜在的钉扎效应，恶化了栅极控制。同时，利用氢饱和BPHe-TFxAs中的边缘悬挂键，使边缘态猝灭，可以有效地提高通态电流。通过将具有较小带隙的层状BP延伸到沟道区并调制BP厚度，BP He-TFR 13的器件性能可以进一步优化并满足国际半导体技术路线图（ITRS）2013对低功率应用的要求。在15 nm的3L-1 L和4L-1 L两种BP-He薄膜中，当关态电流为10 $pA/μ$ m时，沿扶手椅方向的通态电流可达10 $^3$ $μ$ A/ $μ$ m以上。同时还发现，双极效应可以有效地抑制在BP He-TFPs。
2016-07-18 cond-mat.mes-hall
Quantum Hall Effect in Ultrahigh Mobility Two-dimensional Hole Gas of Black Phosphorus
我们证明了在真空中由几层黑磷（BP）封装在六方氮化硼（h-BN）中制成的场效应晶体管（FET），证实了室温空穴迁移率为5200 $cm^2/Vs$仅受声子散射的限制。在低温下，FET迁移率增加到45，000 $cm^2/Vs$，与早期报告中获得的迁移率相比高8倍。在常规实验室磁场中，h-BN/BP/h-BN异质结构表现出Shubnikov-de Haas振荡和量子霍尔效应，朗道能级（LL）填充因子可达v=2。此外，载流子密度无关的有效质量m=0.26 m_0的测量，和朗德g因子g=2.47的报告。此外，一个不同的空穴传输行为与向上和向下自旋取向的指示被发现。
2016-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Accessing the transport properties of pristine few-layer black phosphorus by van der Waals passivation in inert atmosphere
超薄黑磷，或磷烯，是第二个已知的基本二维材料，可以从大块范德华晶体剥离。与石墨烯不同，它是一种具有相当大带隙的半导体，其优异的电子特性使其在晶体管、逻辑和光电子器件中的应用具有吸引力。然而，它也是第一个被广泛研究的二维电子材料在暴露于环境空气时发生降解。因此，需要一种钝化方法来研究固有的材料性质，了解氧化如何影响物理输运性质，并使磷烯的未来应用成为可能。在这里，我们证明了原子级薄的石墨烯和六方氮化硼晶体可用于钝化炭黑磷。我们报告说，几层原始的黑磷通道钝化在惰性气体环境中，没有任何事先暴露于空气中，表现出极大地改善了n型电荷传输导致对称的电子和空穴跨导特性。我们将这些结果归因于在空气暴露的样品中氧受体状态的形成，与原始钝化黑磷相比，氧受体状态极大地扰乱了能带结构。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio quantum transport simulation of self-heating in single-layer 2-D materials
通过先进的量子力学模拟相结合的电子和声子输运的第一性原理的自热效应进行了研究，在n型晶体管与单层二硫化钼，WS 2，和黑磷作为沟道材料。所选择的2-D晶体都表现出不同的声子限制迁移率值，以及电子和声子的性质，这有一个直接的影响，其晶格温度的增加，并在其沟道内作为所施加的栅极电压和电流大小的函数耗散的功率。这项计算研究揭示了（i）自加热在2-D材料中比在Si纳米线中起着更重要的作用，（ii）它可能会严重限制2-D器件在高电流密度下的性能，以及（iii）黑磷对这种现象的敏感性低于过渡金属二硫属化物。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall
Environmental instability of few-layer black phosphorus
研究了机械剥离少层黑磷（BP）的环境不稳定性。从连续几天的测量薄片地形，我们观察到超过200%的体积增加，由于从空气中的水分冷凝。我们发现，长期暴露于环境条件下的结果在一个逐层的蚀刻过程中的BP薄片。有趣的是，薄片可以被蚀刻到单层（磷烯）厚度。BP对水的强烈亲和力极大地改变了在环境条件下测量的制造场效应晶体管（FET）的性能。在暴露于空气中时，我们区分两个时间尺度的掺杂BP FET transfer characteristics：一个短的时间尺度（分钟），其中发生的阈值电压的偏移由于物理吸附的氧和氮，和一个长的时间尺度（小时），其中发生的p型掺杂从水的吸收。在空气中的BP FET的连续测量揭示了由于逐层蚀刻过程，几天后沟道材料的最终退化和击穿。
2015-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Magnetotransport in a Black Phosphorus Naked Quantum Well
黑磷（bP）是第二种已知的具有层状晶体结构的元素同素异形体，其可以机械剥离至原子层厚度。我们已经制造了bP裸量子阱的背栅场效应晶体管的几何形状与bP的厚度范围从$6\pm1$ nm到$47\pm1$ nm。使用封装聚合物覆盖层，我们已经抑制了bP氧化，并观察到场效应迁移率高达600厘米$^2$ /Vs和开/关电流比超过$10^5$。重要的是，在高达35 T的磁输运测量中观察到的Shubnikov-de Haas（SdH）振荡揭示了在bP/氧化物界面的积累层中存在具有薛定谔费米子特征的2-D空穴气。我们的工作证明了二维电子结构和二维原子结构是相互独立的。二维载流子限制可以在层状半导体材料中实现，而不必接近原子层厚度，这对于在少数层限制中变得越来越反应性的材料例如bP是有利的。
2014-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band Alignment in Black Phosphorus/Transition Metal Dichalcogenide Heterolayers: Impact of Charge Redistribution, Electric Field, Strain and Layer Engineering
本工作的目的是通过密度泛函理论（DFT）模拟研究电荷重新分布、外加层法向电场、外加应变和层工程对黑磷（BP）/二硫化钼（MoS 2）异质结构能带排列的影响。黑磷是一种p型材料，具有高迁移率，机械灵活性和对层数的敏感性。将其与电负性更强的材料结合，MoS 2导致强载流子限制和II型异质结构。层间的电荷重新分布改变了电子亲合规则所预期的能带排列。所施加的外部场、应变和多个BP层提供在II型范围内的能带对准可调性和/或向I型和III型异质结构的过渡。BP/MoS 2异质结构的可调谐性可用作隧道场效应晶体管、具有可调谐势垒高度的整流二极管、可重构FET和电光调制器。此外，考虑单层BP与其他单层过渡金属二硫属化物（TMD）的异质结构表明实现不同能带排列类型的能力。在我们的模拟中，I型排列被发现与二硒化钨（WSe 2）、二硒化钼（MoSe 2）和二硫化钨（WS 2），以及三硫化铪（HfS 2）和二硒化铪（HfSe 2）的III型排列。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Isolation and characterization of few-layer black phosphorus
分离和表征的机械剥离的黑磷薄片的厚度下降到两个单层。已经开发了机械剥离方法的修改，其提供比常规机械剥离更高的原子级薄片的产率。我们提出了一般的指导方针，以确定使用光学显微镜，拉曼光谱和透射电子显微镜的层数在一个快速和可靠的方式。此外，我们证明，剥离的薄片是高度结晶的，它们是稳定的，即使在独立的形式，通过拉曼光谱和透射电子显微镜测量。通过密度泛函理论计算发现，能带结构具有很强的厚度依赖性。激子结合能，在有效质量近似下，也计算了不同层数。我们的计算结果的光学间隙是一致的初步的光致发光的薄片上的结果。最后，我们研究了黑磷薄片的环境稳定性，发现该薄片是非常亲水的，并且长期暴露于空气水分中会将黑磷蚀刻掉。尽管如此，我们证明了薄片的老化是足够慢的，以允许制造具有强双极行为的场效应晶体管。密度泛函理论的计算也使我们对水引起的黑磷的结构和电子性质的变化有了更深入的了解。
2014-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermoelectric terahertz photodetectors based on selenium-doped black phosphorus flakes
化学掺杂的散装黑磷是一种公认的方式，以减少表面氧化和降解。在这里，我们报告的太赫兹频率探测器的制造由天线耦合场效应晶体管（FET）与硒掺杂黑磷的有源沟道。我们的器件在SiO2封装的FET中显示出1780 cm 2 V-1 s-1的最大室温空穴迁移率。室温响应率为3 V/W，在3.4 THz下的噪声等效功率为7 nWHz-1/2，与在相同频率下工作的最先进的室温光电探测器相当。因此，在黑磷晶体的生长过程中包含Se掺杂剂使得能够优化FET在远红外中的输运和光学性能，具有开发基于BP的电光器件的高潜力。我们还表明，薄片厚度可以根据目标应用进行调整。具体地，较厚的薄片（>80 nm）适合于其中高迁移率和高速是必需的应用，较薄的薄片（<10 nm）更适合于需要高开/关比的应用，而THz光电检测对于30-40 nm厚的薄片是最佳的，这是由于较大的载流子密度可调性。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Resonant plasmonic detection of terahertz radiation in field-effect transistors with the graphene channel and the black-As$_x$P$_{1-x}$ gate layer
提出基于石墨烯沟道和黑砷磷门层的场效应晶体管太赫兹探测器，利用等离激元共振增强载流子加热，实现室温下响应度超10^3 A/W、调制频率达数GHz。
2023-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the Electronic States in Black Phosphorus Vertical Heterostructures
原子薄的黑磷（BP）是一种很有前途的二维材料，可用于制备具有高迁移率和可调带隙结构的电子和光电纳米器件。然而，在少层磷烯（单层BP）的电荷载流子迁移率主要是由杂质和无序的存在限制。在这项研究中，我们证明了垂直BP异质结器件提供了很大的优势，在探测单层和几层磷烯的电子状态，在温度下至2 K，通过电容光谱。磷烯的导带和价带中的电子态在很宽的温度和频率范围内都是可接近的。已确定指数带尾与疾病有关。一些不寻常的现象，如在少层磷烯的电子态布居的大的温度依赖性已被观察和系统的研究。结合第一性原理计算，我们发现电荷陷阱态和氧化诱导缺陷态的热激发是磷烯场效应晶体管中电子态布居和开关比随温度变化的主要原因.
2016-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-tunable black phosphorus spin valve with nanosecond spin lifetimes
通过利用电子自旋，二维材料为基础科学和技术应用提供了新的机会。虽然石墨烯由于其非凡的电子迁移率而非常有希望用于自旋通信，但带隙的缺乏限制了其用于半导体自旋器件如自旋二极管和双极自旋晶体管的前景。最近出现的2D半导体可能有助于克服这一基本挑战。在这封信中，我们报告了制造2D半导体自旋器件的第一个重要步骤。我们已经制造了一个基于超薄（5 nm）半导体黑磷（bP）的自旋阀，并建立了这种自旋通道材料的基本自旋特性，该材料支持所有的电自旋注入，传输，旋进和检测到室温（RT）。在铁磁电极和bP之间插入几层氮化硼消除了臭名昭著的电导率失配问题，并允许有效的电自旋注入到n型bP中。在非本地自旋阀的几何形状，我们测量汉勒自旋进动和观察自旋弛豫时间高达4纳秒，自旋弛豫长度超过6微米。我们的实验结果与第一性原理计算符合得很好，证明了Elliott-Yafet自旋弛豫机制是主要的.我们还证明了超薄bP中的自旋输运强烈依赖于载流子浓度，并且可以通过电场效应来操纵。
2017-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Photovoltaic effect in few-layer black phosphorus PN junctions defined by local electrostatic gating
光伏效应是光能收集中最基本的光-物质相互作用之一。在常规光伏太阳能电池中，光生载流子由PN结的内置电场提取，该内置电场通常由半导体中的离子掺杂剂限定。在原子级薄的半导体中，掺杂水平可以通过场效应控制，而不需要在晶格中注入掺杂剂，这使得二维半导体成为实现电调谐PN结的有前景的材料。然而，大多数2D半导体材料不显示实现PN结所必需的双极P型和N型场效应输运。少层黑磷是一种新型的二维半导体材料，具有直接带隙、高迁移率、电流开/关比和双极工作等优点。在这里，我们制作了几层黑磷（b-P）场效应晶体管与分裂底栅和结晶六方氮化硼（h-BN）电介质。我们展示了静电控制的本地载流子的类型和密度以上的每个栅极的设备，调整其电气行为从金属整流。照明的栅极定义的PN结，我们观察到零偏置的光电流和显着的开路电压，我们归因于由内部电场驱动的电子-空穴对在结区的分离。由于该材料的小带隙，我们观察到的光电流和光电压的照明波长高达940 nm，有吸引力的能量收集应用在近红外区域
2014-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
