Nano?Research：利用光電摻雜，在同一芯片上同時集成高容量存儲器和可編程pn結

在大數據時代背景下，傳統數據處理方法中存儲器與處理器相分離的架構帶來了馮·諾依曼瓶頸問題，即存儲器和處理器的運行速度均能達到相當水平，但連接這兩部分的總線傳輸速度遠遠達不到要求，頻繁的數據通信造成計算延遲且造成更大的功耗。因此在同一種摻雜工藝下，在同一芯片內同時實現邏輯運算電路和高容量存儲器的構建，實現近存儲運算，可以突破馮·諾依曼瓶頸，提高處理效率。

近日，天津大學胡曉東、劉晶團隊利用一種極性可控、摻雜程度可調、非易失和可重構的光電摻雜方法，在同一芯片上同時集成基于MoTe₂場效應管的高容量存儲器和可編程pn結。 主要內容如下：(1)利用光電摻雜實現了MoTe₂場效應管載流子類型和濃度可以動態調控；(2)利用光電摻雜的非易失性和可控性，在p和n摻雜過程中均實現了3-bit閃存；(3)利用光電摻雜的區域可控性，實現了可編程的MoTe₂同質結，包括nn，pp，pn和np結；其中MoTe₂?pn結表現了優秀的整流特性，整流比達到了10³ ,應用于光電探測和光伏器件的設計。

該光電摻雜的詳細機理闡述，請參考我們以前的工作：Wu, E. X.; Xie, Y.; Zhang, J.; Zhang, H.; Hu, X. D.; Liu, J.; Zhou, C. W.; Zhang, D. H. Dynamically controllable polarity modulation of MoTe₂?field-effect transistors through ultraviolet light and electrostatic activation. Sci. Adv. 2019, 5, eaav3430

本文參考文獻：Wu, E., Xie, Y., Wang, S. et al. Non-volatile programmable homogeneous lateral MoTe₂?junction for multi-bit flash memory and high-performance optoelectronics. Nano Res. (2020). https://doi.org/10.1007/s12274-020-3041-0

圖文導讀

圖1：器件結構及電學性能表征

圖2： MoTe₂光電p和n摻雜電學性能表征及其原理示意圖

圖3： MoTe₂在p和n摻雜過程中形成的3-bit MoTe₂閃存

圖4： 可編程的MoTe₂同質結：pn,np,pp和nn結

通訊作者及團隊介紹

胡曉東

天津大學教授。主持國家自然科學基金項目2項，國家973計劃課題1項，國家863計劃子項目3項，省部級重點項目2項，作為主要參與人完成國家和省部級項目10余項；近年在Science Advances，ACS NANO等國際頂級期刊上來發表學術論文100余篇；已授權發明專利10項，撰寫了2項國家標準.

劉晶

2013年11月至今任天津大學精密儀器與光電子工程學院副教授，2006年與2008年分別獲得華中科技大學光信息與技術專業學士和碩士學位，2012年12月獲得于美國密歇根大學生物醫學工程系博士學位。2014年入選天津市第十批青年千人項目，榮獲天津大學北洋青年學者骨干教師稱號。主要研究方向包括納米材料器件物理、納米材料傳感器，以及它們在柔性傳感、光電檢測和臨床醫療等領域的應用。2009年至今，在Science Advances，ACS NANO等國際期刊上發表SCI論文40篇，平均影響因子8.73，總引用800余次，h指數15。多次受邀參加國內外學術會議并做大會報告。承擔國家自然科學性基金和國家重點研發計劃等項目。

武恩秀

天津大學在讀博士。目前以第一作者、共同第一作者，通訊作者發表SCI論文13篇。主要研究方向為二維納米半導體器件輸運特性及其先進電子器件應用，包括氣體傳感器、光電探測器、多值反相器、倍頻器，多態閃存。受邀Nature Electronics、ACS NANO、Nano-Micro Letter、Applied Physics Letters等國際知名期刊的審稿人。

本文由作者團隊供稿。