人们发现二维(2D)超导材料在微型光电器件的开发中具有广阔的前景。然而，为了在消耗更少能量的同时表现良好，这些较小的器件需要更高的栅极电容(即，可以与所施加的电压成比例地存储更多电荷的栅极)。
一种在不减小栅极绝缘体或栅极电介质厚度的情况下提高栅极电容的方法需要使用具有高介电常数(κ)的绝缘材料，例如氧化铪(HfO2)。虽然这可能是一个有利的解决方案，但事实证明这些材料很难与二维半导体集成。
复旦大学的研究人员最近制备了一种高κ的二维钙钛矿氧化物，可以与不同的二维通道材料集成。他们的论文发表在《自然电子》杂志上，可能为未来光电器件的小型化带来新的机遇。
“与二维(2D)半导体兼容的高介电常数(高κ)栅极电介质对于规模化光电器件至关重要，”李思源、刘欣亚及其合作者在论文中写道。
“然而，传统的三维电介质很难与具有无悬挂键表面的二维材料集成。我们表明，通过自上而下的方法制备的二维钙钛矿氧化物Sr2Nb3O10可以与各种材料集成二维通道材料。”
研究人员论文中介绍的二维钙钛矿氧化物Sr2Nb3O10是按照自上而下的制备策略合成的。他们制备出SNO纳米片后，能够将其转移到各种2D材料上。
值得注意的是，Sr2Nb3O10表现出24.6的高κ和适中的带隙。这些有利的特性使其能够用作基于各种二维半导体材料(包括石墨烯、二硫化钼、二硫化钨和二硒化钨)的光电晶体管的光活性高κ电介质。
为了评估他们合成的二维钙钛矿氧化物在开发微型光电器件方面的前景，研究人员将其转移到各种通道材料上，包括二硫化钼和二硫化钨。然后他们测试了将这些材料与Sr2Nb3O10集成的晶体管的性能。
Li、Liu及其同事在论文中写道：“二硫化钼晶体管在电源电压为2V、亚阈值摆幅为88mVdec-1的情况下表现出106的开/关比。”
“由于栅极控制和电荷转移的综合作用，二硫化钨光电晶体管在可见光或紫外光照射下表现出约106的光电流与暗电流比和5.5×103 AW-1的紫外(UV)响应度来自光敏栅极电介质。”
该研究小组收集的初步发现非常有前景，因为他们可以通过简单的程序成功地将钙钛矿氧化物与各种通道材料集成。此外，发现半导体和电介质之间建立的明确界面以及Sr2Nb3O10的高κ能够实现沟道材料的有效栅极控制。
研究人员在论文中写道：“我们还表明，具有光活性电介质的光电晶体管可以提供紫外-可见双波段光电检测，其中紫外和可见光照明在不同的端子上进行区分。”
Li、Liu及其合作者最近的这项工作可能很快就会为合成其他可与现有半导体和通道材料集成的二维钙钛矿氧化物铺平道路。总的来说，这些二维钙钛矿氧化物可用于开发更小、性能更好、节能的电子产品或光电子产品。