大多数二维（2D）半导体在环境条件下都具有本征不稳定性，特别是2D黑磷（BP）。尽管已经进行了很多努力来研究2D材料的钝化，以抵抗氧气和水分子的腐蚀，但是具有长期稳定性的简便有效钝化仍然具有挑战性。尤其是，仍然缺乏对集成到纳米电子学中至关重要的选择性钝化。

有鉴于此，近日，台湾国立中央大学Ching-Yuan Su教授等通过使用PFSA（全氟磺酸）的氟化自组装薄膜开发了一种新颖的BP钝化途径，其中BP上具有高疏水性的表面改性剂在环境条件下五个月内表现出极其稳定的特性。此外，首次报道了在SiO2/Si衬底上通过旋涂工艺随后超声处理仅对BP薄片进行原位清洁和选择性氟化，这归因于在BP表面形成了P-F共价键。选择性氟化的BP不仅显示出在空气中的稳定性增强，而且还显示了BP FET的电学性能，并且随着BP FET的导通电流增加，载流子迁移率（125 cm2V-1s-1）和开/关比（104）增强。这一重大发现为制备垂直2D异质结提供了启发，从而可以通过通用2D材料实现高性能和可靠性。这项工作演示了一种新兴的钝化方法，以实现长期稳定性以及出色的电学性能，有望为将2D半导体集成到FET的关键沟道材料中铺平了道路，对于下一代数字逻辑电路非常有利。

图1. 通过PFSA对完全钝化（路线1）和选择性氟化（路线2）的BP样品的制备过程示意图。

图2. 带有PFSA钝化层的BP的老化分析（路线1）。

图3. 通过路线2利用超声获得的氟化BP薄片的表征。

图4. 选择性氟化BP薄片的AFM分析。

图5. 通过路线2获得的选择性氟化少层BP的老化实验。

图6. 选择性氟化BP FET（路线2）的电学特性和稳定性研究。

图7. 分三个阶段对氟化BP FET的电学特性进行分析。

文献信息

In situ Cleaning and Fluorination of Black Phosphorus for Enhanced Performance of Transistors with High Stability

(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, DOI:10.1021/acsami.0c11129)

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c11129

来源：cnBeta

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