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基于MOCVD生长的2D层状Ge

研究背景

范德华(vdW)异质结器件可以发挥许多有趣的物理现象，例如激子动力学、界面电荷转移和莫尔结构中的超导性。最近，基于密度泛函理论(DFT)的高通量计算预测，可能存在一千多个候选晶体以二维层状材料(2DLM)的形式存在。然而，候选材料中只有不到一百个2DLM可供合成。因此，仍有很多机会发现新的2DLM，并且可以通过vdW堆叠从新的2DLM生成vdW异质结的各种组合。对于实现这些vdW异质结的器件应用，在相邻材料的结处产生的能带偏移工程很重要，因为vdW异质结器件的光电性质，例如载流子迁移率、亚阈值摆幅和复合率，可以根据能带偏移的范围进行调制。因此，建立2D vdW材料组库不仅在扩展能带偏移谱方面发挥了不可或缺的作用，而且在基础材料研究之外为器件应用的各种方法架起了桥梁。IV族金属硫族化合物家族（IV族金属=Ge、Sn/硫族元素=S、Se、Te）在过去几年中被积极报道为宽带隙2D vdW材料。根据硒化锗相的能带结构计算，Ge4Se9尚未被报道以2D vdW形式生长，但它仍然是一种有趣的材料，因为它与MoS2表现出小的能带偏移。vdW异质结器件的这种小能带偏移可以引起具有大迟滞窗口的界面电荷转移。因此，Ge4Se9有望成为基于能带偏移工程设计vdW异质结器件功能的重要组成部分，包括具有大动态范围和线性权重可调性的人工突触器件。

成果介绍

有鉴于此，近日，韩国科学技术高等研究院（KAIST）Kibum Kang，韩国科学技术研究院(KIST)Joon Young Kwak和韩国化学技术研究院（KRICT）Taek-Mo Chung（共同通讯作者）等合作首次介绍了2D层状Ge4Se9的IV族金属硫族化合物，可作为绝缘vdW材料的新选择。本文使用液态Ge前驱体在240℃下使用MOCVD系统合成了具有矩形形状的2D层状Ge4Se9。通过堆叠Ge4Se9和MoS2，本文制造了vdW异质结器件，通过扫描±80 V的背栅范围，具有129 V的巨大存储窗口。栅极无关的衰减时间表明，大迟滞是由界面电荷转移引起的，这源于低能带偏移。此外，观察到2,250个脉冲的可重复电导变化，增强和抑制曲线的低非线性值分别为0.26和0.95。MoS2/Ge4Se9器件的工作能耗约为15 fJ，图像分类的学习精度达到88.3%，进一步证明了作为人工突触的巨大潜力。文章以“Large Memory Window of van der Waals Heterostructure Devices Based on MOCVD-Grown 2D Layered Ge4Se9”为题发表在顶级期刊Advanced Materials上。

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