二维材料的制备与界面工程及高性能器件的研究

许建斌
香港中文大学电子工程学系,材料科学与技术研究中心,新界,香港特别行政区

        摘要: 在此报告中,我们将简要地介绍二维材料的制备及衬底表面的界面工程，以及场效应晶体管和高性行能光电晶体管的制备和应用。

        异质衬底界面不仅仅是二维材料研发所必需的支撑平台,亦是其载流子形成与输运的地方。因为衬底/材料界面的自身状态在决定了最终能否实现可控的二维材料生长，以及是否能够大幅度降低界面带来的负面效应, 从而提高载流子迁移率或增加流子产生率。我们的实验与理论表明,采用不同的固态前驱体, 高质量的石墨烯可以在具有金属催化性的表面上制备,并且在采用自组装单分子层钝化的二氧化硅/硅衬底表面,石墨烯器件表现出了极高的性能。类似的方法，也可以应用在其它二维材料的制备及界面工程中。在本报告中我们将着重讨论高质量单层石墨烯和二硫化钼（MoS2）之制备,相关晶体管性能的改善,和广谱高性能异质结光电探测器的制作等不同方面。

        迄今我们已经获得了室温下石墨烯在二氧化硅/硅衬底上最高的迁移率,以及室温下极高灵敏度响应的石墨烯/硅基光波导，石墨烯/硅基衬底混合式的近中红外探测器。同时，我们发现自组装单分子层钝化的二氧化硅/硅衬底所提供的超平整表面亦可应用于其它新兴的二维材料,从而获得高性能的光电器件。

       致谢
        衷心感谢小组成员陈哲峰，陶立，万茜, 陈琨, 王肖沐，叶镭，李昊，田晓庆， 谢伟广，以及合作者程振洲, 徐科，王家奇，邵磊，王建方，曾汉奇，许振德等对本工作的贡献。本项工作部分亦由香港研究资助局和香港中文大学资助,基金号N_CUHK405/12, AoE/P-02/12，14207515等。感谢香港中文大学信息技术服务中心的Mr. Frank Ng, Mr. Stephen Chan, and Mr.Roger Wong在HPＣ上的技术支持；许建斌感谢中国国家自然科学基金委员会的资助，基金号61229401。

        参考文献
1. X. Wan, K. Chen, W. G. Xie, J. B. Xu, et al., Small 12, 438-445 (2016)

2. Z. F. Chen, Z. Z. Cheng, H. K. Tsang, J. B. Xu, Advanced Optical Materials 3, 1207-1214(2015); DOI: 10.1002/adom.201500127

3. J. Q. Wang, Z. Z. Cheng, Z. F. Chen, J. B. Xu, H. K. Tsang, and C. T. Shu, Journal of Applied Physics, Vol. 117 (14), Article Number 144504, DOI: 10.1063/1.4917378, 2015

4. X. Wan, K. Chen, and J. B. Xu, Small, Vol. 10 ( 22), 4443-4454, DOI:10.1002/smll.201401458, 2014

5. X. M. Wang, Z. Z. Cheng, K. Xu, H. K. Tsang, and J. B. Xu, Nature Photonics, Vol. 7, 888-891,2013

6. X. Wan, K. Chen, D. Q. Liu, J. Chen, Q. Miao, and J. B. Xu, Chemistry of Materials, Vol. 24,3906-3915, 2012

7. L. Shao, X. M. Wang, H.T. Xu, J. F. Wang, J. B. Xu, L.M. Peng, H. Q. Lin, Advanced Optical Materials 2, 162-170, 2014

8. X. Wan, K. Chen, J. Du, D. Liu, J. Chen, X. Lai, W. G. Xie, and J. B. Xu, Journal of Physical Chemistry C, Vol. 117, 4800-4807, 2013

9. X. M. Wang, J. B. Xu, C. L. Wang, J. Du, and W. G. Xie, Advanced Materials, Vol. 23,2464-2468, 2011

10. X. M. Wang, W. G. Xie, J. Du, C. L. Wang, N. Zhao, and J. B. Xu, Advanced Materials, Vol.24, 2614-2619, 2012
11. K. Chen, X. M. Wang, J. B. Xu, L. J. Pan, X. R. Wang, and Y. Shi, Journal of Physical Chemistry C, Vol. 116, 6259-6267, 2012

许建斌教授个人简介

        许建斌博士，香港中文大学电子工程系教授，材料研究中心主任。许博士1983年本科毕业于南京大学，1986年获南京大学硕士学位（师从物理学院张淑仪院士）。从1988年至1993年于德国康斯坦茨大学深造，在德国著名固体物理学和应用物理学家Klaus Dransfeld 教授(德国科学院院士) 指导下从事纳米科学技术研究，特别是扫描探针显微术和近场显微术及其在能量传递方面的应用，获德国自然科学博士学位。其后加盟香港中文大学电子工程系。2009年暨2012年荣获海外及港澳学者合作研究基金(原海外杰出青年基金, 由国家自然科学基金委员会资助)。2012年荣获香港工程学会Fellow称号。2014年荣获教育部长江讲座教授荣誉称号，并荣获香港中文大学工程学院杰出学人校长奖暨并荣获香港中文大学杰出研究奖。

        曾经担任香港科学会副理事长（2007-2012），电子显微学报编委（2010-2013）。现任香港材料学会秘书长，微电子学报编委，中国真空学会理事。迄今担任30 余类科技期刊特约申稿员，其中包括《自然》物理类子刊，JACS，先进材料，IEEE 会刊，ACS Nano 等。

        长期从事扫描探针显微术，及电子新材料、物理和器件研究。特别在碳基光电子薄膜材料的输运性质及器件物理，氧化物基低维纳米结构及其制备和表征，硅基超薄栅绝缘层制备与界面性质，新型扫描探针显微术，表面等离激元光子学，铁电材料纳米特性，纳米尺度热传导，及原子力显微术晶体形貌学等方面开展了深入系统的研究。主要代表性成果为深入地探讨了石墨烯与二氧化硅/硅衬底的相互作用，特别是电荷转移性质及电荷输运的散射机理，取得了石墨烯在二氧化硅/硅衬底上迄今最高的室温电荷迁移率。从实验和理论上，深入系统地研究了石墨烯在过渡金属上的生长规律,并发展了生长高质量石墨烯的方法及制备了新型高性能石墨烯基广谱光电检测器。深入地研究了有机半导体薄膜和单晶的输运性质，氧化物基半导体薄膜的界面性质，发展了用于制备低成本及低电压有机晶体管的高介电常数栅极介电层。在国际上率先开展了纳米尺度能量传递的研究，及原子力显微术晶体形貌学的研究。

        主持承担了近三十项科研课题(GRF，CRF，香港研究资助局，国家自然科学基金会等资助)。荣获2009及2012(延续项目)年度国家自然科学基金会海外及港澳学者合作研究基金(原海外杰出青年基金)，2007及2012年度国家自然科学基金会¾香港研究资助局联合研究基金，2008 年度香港研究资助局合作研究基金(CRF)等。同时，作为主要参与者之一，筹划并执行2013 年度香港研究资助局主题研究基金(TRS)“智能化太阳能技术—采集、存储和应用”项目（基金额度逾六千万港币），以及2012年度广东省创新科研团队—“先进电子封装材料创新团队”项目（依托单位：中科院深圳先进技术研究院,基金额度逾五千万人民币基金额度逾五千万人民币）。近5 年来，主要从事碳基光电子薄膜材料与器件，有机光电子材料与器件, 氧化物功能材料与器件，表面等离激元光子学，新型扫描探针显微术等方面的工作。迄今共发表SCI 收录论文300 余篇，他人引用约5000次。国际及国内专业会议邀请报告100余次，撰写专著3 篇章节。参与和组织国内外各类学术活动，曾多次协助组织了各类国际专业学术研讨会，其中包括2000年国际材料联合会第六届亚洲会议，2002 年国际材料联合会第八次电子材料会议，2003年, 2005年和2008年IEEE 电子器件与固态电子线路国际会议，2005年纳米光子学前沿国际研讨会，2009年北京国际纳米科技会议, 2011年美国材料学会春季会议，2013年Croucher印刷电子研讨会，2014年IEDM/IEEE 国际电子器件会议等。