【儀表網 研發快訊】近期，穩態強磁場實驗裝置(SHMFF)用戶遼寧材料實驗室和山西大學等合作者利用SHMFF所屬水冷磁體WM5，在二硫化鉬的n型半導體場效應晶體管低溫歐姆接觸穩定可靠制備方面取得了新進展，該成果在線發表于Nature Electronics。
 

　　尋找實現高遷移率二維半導體的方法或材料體系并觀測其中如量子霍爾態等物理效應，是凝聚態物理以及納米電子學的重要研究方向之一。量子霍爾效應首次在量子阱二維電子氣中被發現已逾40年，但可實現量子霍爾，尤其是分數量子霍爾效應的二維電子體系依然非常有限。其中，高遷移率二維本征半導體的分數量子霍爾態在電輸運上尤為難以實現，主要瓶頸在于獲得較低載流子濃度歐姆接觸極具挑戰。
 

　　該研究團隊將硫化鉬少層晶體在手套箱中用氮化硼進行封裝，其中頂部氮化硼薄層采用預圖案化的二維微米尺寸窗口進行鉍電極熱蒸發接觸。所得器件在較低載流子濃度即可具有全溫區(毫開爾文至室溫)歐姆接觸和高遷移率。在SHMFF 34 T 水冷磁體下，利用低噪聲極低溫輸運實驗測試系統，觀測到填充系數niu=1的量子極限和?、?填充的分數量子化橫向電導平臺。這是目前能夠通過電輸運(非拓撲平帶體系)觀測到分數量子霍爾效應的首個二維本征帶隙n型半導體材料。實驗結果為基于二維半導體的低溫高遷移率電子晶體管(HEMT)、低溫放大器等納米電子學器件提供了可能方案。
 

　　遼寧材料實驗室材料量子調控技術研究所趙斯文副研究員、中國科學技術大學黃金強博士、紐約Flatiron研究所Valentin Crépel研究員為論文的共同一作。山西大學韓拯教授與張靖教授、北京大學路建明教授、香港科技大學王寧教授、法國巴黎高等師范學院Nicolas Regnault教授為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃納米專項、國家自然科學基金、遼寧材料實驗室、山西大學量子光學與光量子器件國家重點實驗室等資助。
 

圖1. 雙層MoS2最低朗道能級的分數量子霍爾效應