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新加坡國立大學Kian Ping Loh課題組--分子薄的2D鈣鈦礦和石墨烯范德華界面的電子隧穿

準二維鈣鈦礦由于其固有的穩定性，已成為一種新型的光電子學材料平臺。影響器件性能的一個主要瓶頸是器件基面上的有機分子層造成的高電荷注入障礙，因此目前性能最好的器件依賴于邊緣接觸。在這里，我們通過利用二維Ruddlesden-Popper鈣鈦礦和石墨烯之間的范德華耦合和能級匹配，證明了平面接觸鈣鈦礦和石墨烯界面在電荷注入方面比金具有更低的勢壘。隨著偏置的增加，電子通過柵極可調的，直接的隧穿場發射機制穿過界面，并且光誘導電荷轉移發生在飛秒的時間尺度(~50 fs)。使用石墨烯接觸在分子薄的Ruddlesden-Popper鈣鈦礦上制造的場效應晶體管，顯示電子遷移率范圍為0.1至0.018 cm² V^-1 s^-1，介于1.7至200 K之間。掃描隧道光譜研究揭示了少層的Ruddlesden-Popper鈣鈦礦上與層有關的隧穿勢壘和疇尺寸。

Fig. 1 相對于石墨烯（G）和金（Au）的Ruddlesden-Popper鈣鈦礦（RPP）的費米能級和能帶邊緣的光譜分析。

Fig. 2 在G和Au基板上對厚度不同的剝落n = 4 RPP薄片進行掃描隧道顯微鏡（STM）和光譜（STS）。

Fig. 3 使用G或Au作為電極的2D鈣鈦礦FET器件（n = 4）及其光電特性。

Fig. 4 飛秒泵浦探針研究跨RPP / G異質結構的動態光載流子注入。

相關研究成果于2020年由新加坡國立大學Kian Ping Loh課題組，發表在Nature Communications(https://doi.org/10.1038/s41467-020-19331-6)上。原文：Electron tunneling at the molecularly thin 2D perovskite and graphene van der Waals interface。

轉自《石墨烯雜志》公眾號



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