吕瑞涛等基于二维面内异质结首次同步实现热/电整流
芯片对于民用和国防多个领域至关重要，也是我国核心科技的“卡脖子”难题之一。单层过渡金属二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides, TMDCs）面内异质结由于具有原子级厚度和极高的开关比，有望取代硅基材料延续并突破摩尔定律的发展，同时界面掺杂和界面形状调控为提升其性能提供了新的策略，然而面内异质结的可控合成仍面临巨大挑战；另一方面，芯片的高度集成会导致局部热流密度大幅上升，但由于半导体材料中普遍存在的三声子散射作用，热导率和温度呈负相关，导致大功率工作条件下将加速芯片的热失效。
针对上述难点问题，清华大学材料学院吕瑞涛课题组和航天航空学院张兴教授团队合作，采用金箔辅助的常压化学气相沉积（Atmospheric-Pressure Chemical Vapor Deposition, AP-CVD）方法合成了单层MoSe2-WSe2面内异质结，采用微加工技术制备了不同界面转角的悬架H型器件。测量结果表明，器件的热/电整流比具有显著的界面-电极角度依赖性。当电子和声子垂直通过异质结界面时，器件具有高达104的电整流比和96%的热整流比；反之，当二者平行通过异质结界面时，器件的热/电整流效应同时消失。分子动力学模拟表明，该面内二维异质结具有高热整流比主要得益于界面两侧异种材料的声子态密度存在显著差异以及不规则的界面和元素的局部掺杂导致声子局域化效应的协同作用。
不同界面角度MoSe2-WSe2异质结器件的制备与表征
相关成果以“单层面内异质结的同步电/热整流”(Simultaneous electrical and thermal rectification in monolayer lateral heterojunction)为题，发表在国际著名期刊《科学》（Science）上。清华大学航天航空学院2018级博士生张宇峰和材料学院2018级博士生吕倩为文章的共同第一作者。清华大学为论文的第一完成单位和唯一通讯单位，清华大学航天航空学院张兴教授、材料学院吕瑞涛副教授和航天航空学院王海东副教授为论文的共同通讯作者。清华大学物理系熊启华教授和航天航空学院硕士生赵帅伊等为论文做出了重要贡献。该项研究得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划的资助。
相关链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq0883
