电场和应变作用下 MoSSe/Borophene 异质结的可调谐肖特基势垒
通过第一性原理计算研究 Janus MoSSe/Borophene 异质结的电子性质。不同硼烯结构的 MoSSe/Borophene 异质结表现出不同的电子性质。所有异质结均呈现 p 型肖特基接触，电场和应变可以调制 MoSSe/Borophene 异质结的电子特性。随着外加电场的变化，带隙也会发生变化，从而实现欧姆接触。此外，应变引起 Janus MoSSe 从直接带隙到间接的带隙跃迁和接触类型的改变。结果表明，Janus MoSSe/Borophene 异质结的可调电子特性使其成为一种很有前途的电子器件候选材料。（Chemical Physics, 2024, 576: 112114. DOI:10.1016/j.chemphys.2023.112114）
基于自旋无隙半导体 Janus 型过渡金属氮化物 MXene 的栅压可控自旋整流二极管
随着自旋电子学技术的不断发展，自旋电子器件有望成为下一代电子器件发展的重要方向。然而，对于自旋整流二极管而言，如何提供大量自旋极化载流子仍是一个关键技术问题。传统的自旋极化注入模型采用铁磁体（FM）/半导体结构，但由于导电性失配会限制其极化注入效率，这使得寻找导电性介于金属与半导体之间的自旋无隙半导体成为解决该问题的有效途径。近年来，作为一种具有高自旋极化率的新型二维材料，MXene 被认为可以通过外场或邻近效应实现电子结构的调控。基于此，本研究提出一种 Janus 型过渡金属结构的 MXene，通过打破过渡金属的对称性调控其自旋特性。进一步研究发现，TiCrNO₂ 的能带结构可以通过施加外加电场实现有效调控，当外加电场强度为 1 V/Å 时，可由磁性半导体转变为自旋无隙半导体。在此基础上构建可调谐的自旋整流二极管，并结合第一性原理计算与非平衡格林函数方法研究自旋整流效应。结果表明，通过改变外加电场的强度，可以调节自旋整流二极管的整流比，其整流效率超过目前已报道二维整流器件的最高值。本研究为氮化物 MXene 在自旋电子器件中的应用提供了重要参考价值。（Diamond and Related Materials, 2024, 141: 110641. DOI:10.1016/j.diamond.2023.110641）
采用硅烯电极的 SnSe2 隧穿场效应晶体管开态电流优化研究
提升开态电流（Iₒₙ）对于隧穿场效应晶体管（TFET）的实际应用至关重要，本文利用从头算量子输运计算研究采用硅烯电极的 SnSe₂ TFET 提升 Iₒₙ 的可能性。最优器件结构是在 n 型和 p 型异质结 TFET（HetJ-TFET）中分别使用 p 型和 n 型范德瓦耳斯（vdW）硅烯/SnSe₂ 作为电极。令人鼓舞的是，n 型 HetJ-TFET 的 ION 提升幅度约为 30 倍，且亚阈值摆幅（SS）仅为 37–38 mV/dec。在 VDD = 0.5 V 时，最优 n 型 SnSe₂ HetJ-TFET 的低功耗 Iₒₙ（LP）达到 735 μA/μm；在 VDD = 0.4 V 时，其高性能 Iₒₙ（HP）达到 801 μA/μm，这两项指标均分别超过了国际半导体技术路线图（IRDS）对 2037 年在 VDD = 0.6 V 条件下设定的 LP（547 μA/μm）和 HP（753 μA/μm）目标。Iₒₙ 的增强来源于隧穿势垒宽度的减小，以及由强杂化作用引起的能带色散变化所导致的隧穿路径改变。本研究提出了一种提升 TFET 器件 Iₒₙ 的可行方法。（ACS Applied Electronic Materials, 2024, 6(4): 2659-2666. DOI: 10.1021/acsaelm.4c00226）
基于第一性原理的单层 Ga2STe-金属电子与接触性质研究
单层（ML）Janus 型 III–VI 化合物因其在非易失存储器、场效应晶体管和传感器等多种竞争性平台上的应用潜力，而受到广泛关注。在本研究中，采用第一性原理计算结合非平衡格林函数方法系统研究单层 Ga₂STe 与金属（Au、Ag、Cu 和 Al）接触的电子与界面性质。结果表明，ML Ga₂STe–Au/Ag/Al 接触在界面处表现出较弱的电子轨道杂化，而 ML Ga₂STe–Cu 接触则表现出较强的电子轨道杂化。在 ML Ga₂STe–金属接触中，Te 表面比 S 表面更有利于电子注入。量子输运计算显示，当 ML Ga₂STe 的 Te 面与 Au、Ag 和 Cu 电极接触时，会形成 p 型肖特基接触；当与 Al 电极接触时，则形成电子肖特基势垒高度（SBH）为 0.079 eV 的 n 型肖特基接触。当 ML Ga₂STe 的 S 面与 Au 和 Al 电极接触时，会形成 p 型肖特基接触；而与 Ag 和 Cu 电极接触时，则形成 n 型肖特基接触。本研究可为构建 ML Ga₂STe 器件时选择合适的金属电极提供指导。（Physical Chemistry Chemical Physics, 2024, 26(15): 11958-11967. DOI:10.1039/D3CP06331C）
双层 Nb2NF2 纳米片铁电隧穿结中的超高隧穿电阻效应与低电阻面积特性
传统的范德瓦耳斯铁电隧穿结（FTJs）由二维（2D）半导体铁电隧穿势垒组成，已被广泛开展实验和理论研究。相较于铁电半导体，近期报道的二维金属铁电体因其优异的导电性和低电阻率，在 FTJ 性能提升中表现出优势。该材料提升了隧穿电阻率（TER），同时降低电阻面积积（RA），从而实现更高效的电流传输。本研究采用第一性原理计算和非平衡格林函数方法系统地研究了基于双层金属铁电体 Nb₂NF₂（2L-Nb₂NF₂）器件的电子输运特性。研究发现，零偏压下 Au/2L-Nb₂NF₂/Au 结构的 TER 比已报道的双层半导体铁电体 In₂Se₃ 高出一个数量级，同时其 RA 低至 0.05 Ω·μm²，比后者低两个数量级。性能提升归因于 2L-Nb₂NF₂ 的高电导率及其与金属的良好接触，实现了铁电-反铁电相变。本研究展示了金属铁电体及其金属接触效应在纳米尺度非易失性铁电存储器领域中输运性能的潜力。（ACS Applied Nano Materials, 2024, 7(22): 25797-25804. DOI:10.1021/acsanm.4c04923）