[发明专利]一种基于硼烯的纳米开关器件

说明书

本发明公开了一种基于硼烯的纳米开关器件，属于纳米开关器件技术领域。本发明的技术方案要点为：一种基于硼烯的纳米开关器件，由具有褶皱型的双面氢化饱和的单层硼烯构成，硼烯上根据原子排列位置在相互垂直的L型方向和Z型方向分别搭建电路组建四电极双电路系统，当开关旋转至L型方向电路并构成闭合回路时电路处于开态，当开关旋转至Z型方向并构成回路时电路处于关态。本发明具有结构超薄、尺寸可调、性能优良的特点，该硼烯纳米开关器件性能优良，在0.5V偏压附近可保持较高的开/关比率。

技术领域

本发明属于纳米开关器件技术领域，具体涉及一种基于硼烯的纳米开关器件。

背景技术

电子器件已朝着更小(结构尺度更小)、更快(反应速度快)和更冷(发热小、功耗低)的微型化趋势发展，越来越接近于原子尺度。纳米电子器件的研究已引起世界范围内的广泛关注。例如，澳大利亚新南威尔士大学Michelle Y.Simmons课题组研究发现，单个磷原子在一定条件下就可以表现出晶体管特性(Martin Fuechsle,et al.,A single-atomtransistor[J].Nature Nanotech.2012,7:242-246)。

近年来，二维材料以其独特的几何结构、力学和光电等特性吸引了物理、化学和材料等众多领域的科学家的极大研究兴趣。诸如，石墨烯、氮化硼(h-BN)、过渡金属硫化物(MoS₂等)、磷烯(Phosphorene)、MX烯、硅烯、锗烯、锡烯等陆续被分离或合成出来。研究发现这些二维材料具有优异的光、电等性质，已开辟了一个又一个全新的研究和应用领域，它们有望成为新一代高性能纳米光、电子器件的关键材料。元素硼作为碳的“近邻”,存在类似碳的sp2杂化轨道，具有短的共价键半径和多样化的价态，这些性质有利于形成低维的硼同素异形体，如硼纳米管、笼状结构、平面结构等。其中，平面结构的二维硼(即硼烯Borophene)可以视为这些低维结构的基本形态。2015年12月，Guisinger、Hersam及Oganov等课题组在Science上联合报道了单层硼烯的制备(A.J.Mannix,et al.,Synthesis of borophenes:Anisotropic,two-dimensional boron polymorphs[J].Science,2015,150(6267):1513–1516)，他们利用高真空原子溅射的方法，首次在Ag的表面成功生长出具有褶皱结构的单原子层硼烯。进一步的研究表明，这种褶皱型的单层硼烯结构在两面氢化饱和时结构会更加稳定(L.C.Xu,et al.,Hydrogenated borophene as a stable two-dimensional Diracmaterial with an ultrahigh Fermi velocity[J].Phys.Chem.C hem.Phys.,2016,18:27284)。然而，对于这种褶皱型的单层硼烯的一些电学性质及在纳米电子器件方面的应用还尚未有相关报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种基于硼烯的纳米开关器件，通过设计褶皱型单层硼烯两面氢化饱和，分别沿着L型方向和Z型方向搭建四电极双电路系统，旋转开关的转向来实现闭合回路的开和关两种状态，即当开关旋转到L型方向形成闭合回路来实现电路的开态，而当开关旋转到Z型方向则形成关态。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种基于硼烯的纳米开关器件，其特征在于该纳米开关器件由具有褶皱型的双面氢化饱和的单层硼烯构成。

进一步优选，所述的硼烯上根据原子排列位置在相互垂直的L型方向和Z型方向分别搭建电路组建四电极双电路系统，当开关旋转至L型方向电路并构成闭合回路时电路处于开态，当开关旋转至Z型方向并构成回路时电路处于关态。

进一步优选，所述的四电极双电路系统由L型方向源极和漏极及Z型方向源极和漏极构成。