[发明专利]一种基于MnBi2

说明书

本发明公开了一种基于MnBisubgt;2/subgt;Tesubgt;4/subgt;单层的纳米尺度PN结二极管整流器，属于纳米尺度电子器件技术领域。本发明的技术方案要点为：一种基于MnBisubgt;2/subgt;Tesubgt;4/subgt;单层的纳米尺度PN结二极管整流器，其由MnBisubgt;2/subgt;Tesubgt;4/subgt;材料的单层结构构成，该MnBisubgt;2/subgt;Tesubgt;4/subgt;材料的单层结构一端进行P型掺杂，另一端进行N型掺杂，构成PN结结构，在PN结结构两端分别施加漏极电极和源极电极，并放置于诸如二氧化硅等衬底上，构成二极管结构，在二极管结构两端分别施加正向偏压和反向偏压时，该二极管结构表现出整流特性。本发明具有结构超薄、尺寸可调、整流效果显著等优良特点。

技术领域

本发明属于纳米尺度电子器件技术领域，具体涉及一种基于MnBi₂Te₄单层的纳米尺度PN结二极管整流器。

背景技术

在后摩尔时代，硅基器件发展遇到较大瓶颈，需要寻找新的材料代替传统硅基器件。二维材料因其在电学等领域的独特性质，可能成为潜在的器件候选材料。

最近几年来，二维单层材料以其独特的几何和电子结构、力学和光电性质等引起了众多领域科研人员的极大研究兴趣。诸如石墨烯、硅烯、锗烯、氮化硼、过渡金属二硫化物、MX烯、磷烯、锡烯、硼烯等已被成功制备出来。大量研究发现，诸多二维材料在力、热、光、电、磁等方面表现出优异的性能，并已开辟了许多全新的研究和应用领域，有望成为新一代的高性能纳米器件的重要候选材料。

近期，一种新型锰基层状材料MnBi₂Te₄引起了科学家们的极大研究兴趣，并取得重大研究进展。Xue课题组于2019年用分子束外延生长的方法制备了MnBi₂Te₄单层和少层结构，并得到了它们的ARPES图像(Experimental Realization of an Intrinsic MagneticTopological Insulator.Chin.Phys.Lett.2019,36(7),076801)。Zhang课题组于2020年1月在Science上发表关于本征磁性的MnBi₂Te₄的量子反常霍尔效应研究工作，揭示了MnBi₂Te₄磁性随着层数变化表现出奇偶性，奇数层时表现出铁磁性，而偶数层时表现出反铁磁性，在极低温1.4K时表现出了反常量子霍尔效应，在外磁场作用下，该温度阈值提高到6.5K(Quantum anomalous Hall effect in intrinsic magnetic topologicalinsulator MnBi₂Te₄.Science 2020,367(6480),895-900)。Xu,Zhang和Wang课题组于2020年1月在Nature Materials上发表了关于MnBi₂Te₄拓扑特性的研究工作，他们研究了MnBi₂Te₄块体和薄膜晶体管结构的量子输运性质，在该体系中实现了Chern绝缘体和轴子绝缘体这两种拓扑量子态。观察到了较大的纵向电阻和零级霍尔电阻平台，揭示了中等强度的磁场即可驱动其转变成零级纵向电阻的Chern绝缘相(Robust axion insulator andChern insulator phases in a two-dimensional antiferromagnetic topologicalinsulator.Nat.Mater.2020,19,522-527)。然而，关于该MnBi₂Te₄单层结构的纳米器件设计工作报道较少。

发明内容