近日，山东大学物理学院陈峰教授团队在离子束材料改性与制备领域的研究中取得新进展，实现了离子束直接写入的二维集成二极管等元器件，相关工作以“Direct-Writing of 2D Diodes by Focused Ion Beams”为题发表在权威期刊Advanced Functional Materials（影响因子为16.836）上，并被选为期刊内封面（Inside Front Cover）。论文的第一作者为物理学院2019级博士研究生刘燕然，通讯作者为谭杨、陈峰教授，山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。
二维材料近些年得到了科学界和工业界的广泛关注，被认为是有可能成为新一代半导体集成电路的重要基础材料之一。然而，目前已报道的二维材料半导体器件制备工艺复杂，尚无法实现完全的自动化生产。在本工作中，陈峰、谭杨团队在聚焦离子束二维材料改性的研究基础上，提出了一种利用聚焦离子束直写制备二维材料二极管的新方法，并利用其实现了在整流电路、高频滤波电路和逻辑门等电路中的实际应用。该工作使用聚焦离子束在二硒化钼/石墨烯（MoSe2/graphene）异质结源极和漏极之间的部分区域进行离子辐照，Ga+离子轰击使在异质结上层的硒原子被溅射而形成缺陷，造成辐照区域表面功函数的降低并使其变为准金属态。由于辐照区和非辐照区之间功函数的差异和能级结构的变化，其交界处形成类似于石墨烯-金属接触的类肖特基势垒，从而对源极和漏极之间的电荷传输起到了整流作用。利用该方法制备的二维材料横向二极管，其整流比可以达到~104，其反向恢复时间仅为0.29微秒，相关性能与部分商用硅基二极管相当。该方法简单、直接，成本低廉，且由于聚焦离子束技术高度成熟，因而可以实现二维材料器件的自动化生产，为未来二维材料集成电路的应用提供了一种有意义的解决方案。
该工作得到了国家自然科学基金重点项目、山东省泰山学者攀登计划、晶体材料国家重点实验室等的大力支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202102708
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