高被引科学家丨廖蕾：深耕高性能电子器件领域，创新突破学科难题

　　高被引科学家丨廖蕾：深耕高性能电子器件领域，创新突破学科难题

　　学者名片

　　廖蕾，教授，博士生导师，现任湖南大学物理与微电子科学学院副院长，微纳光电器件与应用教育部重点实验室主任；科睿唯安全球“高被引科学家”。

　　研究成果介绍

　　【研究背景】

　　二维半导体有着化学惰性的表面，通常缺乏悬挂键和亲水基团，这使得超薄介电材料的异质集成面临巨大挑战。同时，为了保持低的晶体管制备温度，栅极介质材料多为非晶态，这导致了高的介质/沟道界面缺陷态密度，造成大的晶体管回滞电压。因此，寻找新的技术方案来优化二维半导体与栅极介质之间的界面，在不损伤沟道本征性能的前提下，实现高质量栅极界面，对新型半导体器件的构建至关重要。

　　【成果简介】

　　湖南大学刘兴强教授团队和廖蕾教授团队，利用范德华集成策略，结合原子尺度二维硫化铪的物性转变，获得了超薄氧化铪介电层和绝对理想的栅介质/半导体界面，突破了二维电子器件超薄介电层集成的瓶颈，有望推动二维集成电路的发展。相关成果发表在Nature Electronics上。刘兴强教授和廖蕾教授、博士后秦文静以及武汉大学何军教授是该工作的共同通讯作者，湖南大学为第一通讯单位。硕士研究生罗鹏飞和博士研究生柳畅为文章共同第一作者。

　　【图文导读】

　　

　　▲图1. 器件的结构表征和基础性能。

　　当距离超过3埃时，两种材料间的耦合作用会极大减弱并形成一个接近物理吸附的界面。此时，两种材料的电子性质不再相互影响，介质缺陷与沟道层之间的耦合作用将被极大削弱，并保留各自固有的电学特性。通过范德华异质集成，巧妙地在栅极绝缘层和MoS2沟道之间构建了宽度达到5.3埃的范德华间隙（图1），有效的拉开了半导体沟道层与栅极绝缘层的距离，实现了准物理吸附的异质界面，去除了栅极缺陷与沟道之间的缺陷耦合，获得了回滞电压低至10 mV、亚阈值摆幅接近理论极限的MoS2顶栅晶体管。基于该晶体管优良的电学性能，组装了或、与、非逻辑门电路，并实现超高的电压增益。

　　

　　▲图2.电介质/通道界面的原理图。

　　

　　▲图3. DFT结果。

　　

　　▲图4.电性能。

　　

　　▲图5. 稳定性。

　　人物介绍

　　

　　工作教育经历

　　2004年，本科毕业于武汉大学物理学院，获得学士学位；2004年-2009年，于武汉大学物理学院硕博连读（导师：李金钗教授）；2005年-2007年，中国科学院物理所联合培养（导师：王恩哥/白雪冬教授）。

　　2017年至今，任湖南大学物理与微电子科学学院教授，学院副院长；微纳光电器件与应用教育部重点实验室主任；2011年-2016年任武汉大学物理学院教授，微电子系系主任；2009年-2011年加州大学洛杉矶分校博士后（导师：段镶锋教授）；2007年-2009年南洋理工大学千禧研究员（导师：申泽襄/于霆教授）；2021年-至今湖南大学半导体学院院长

　　研究方向

　　博士期间，从事一维过渡族金属氧化物纳米线和碳纳米管等材料物性研究和器件研制方面的研究，研制单根纳米线场效应晶体管、铁电储存器和气体传感器。博士后期间主要从事石墨烯高速晶体管的研发。现主要从事高性能电子器件的研究。

　　学术论著

　　根据官方数据显示，截至目前廖博士在Nature、Nature Commun.、PNAS、Nano Lett.和Adv. Mater.等学术期刊发表SCI论文150余篇，H因子61，他人引用大于10000次。授权中国发明专利5项。在 Web of Science中的出版物共有211篇，H指数76，总被引频次19800余次，获得2018年、2020年和2022年科睿唯安全球“高被引科学家”称号（交叉学科）。

　　近期代表作

　　

　　（1）Efficient Gate Modulation in a Screening-Engineered MoS2/Single-Walled Carbon Nanotube Network Heterojunction Vertical Field-Effect Transistor

　　（2）Exploring and suppressing the kink effect of black phosphorus field-effect transistors operating in the saturation regime

　　（3）Prediction of Stable and High-Performance Charge Transport in Zigzag Tellurene Nanoribbons

　　（4）Enhanced ultraviolet photoresponse in a graphene-gated ultra-thin Si-based photodiod

　　（5）Interface Engineering via MoS2 Insertion Layer for Improving Resistive Switching of Conductive-Bridging Random Access Memory

　　（6）Air-stable n-doped black phosphorus transistor by thermal deposition of metal adatoms

　　（7）High-Performance Photoinduced Memory with Ultrafast Charge Transfer Based on MoS2/SWCNTs Network Van Der Waals Heterostructure

　　（8）Recent Advances in Low-Dimensional Heterojunction-Based Tunnel Field Effect Transistors

　　（9）Recent Advances in Optoelectronic Devices Based on 2D Materials and Their Heterostructures

　　（10）Interface engineering for two-dimensional semiconductor transistors