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为解决传统材料用于多值逻辑（MVL）电路受限等问题，研究人员开展 MoSe2/h-BN/WSe2范德华异质结构负微分跨导（NDT）器件研究。制备出含三个阈值电压的 NDT 器件，其有双 NDT 峰，可用于低功耗应用，简化电路设计。
在电子科技飞速发展的今天，低功耗、高性能的电子器件成为了人们追求的目标。传统的 III-V 化合物，如铟砷化物（InAs），虽有高导通电流、低电子质量等优势，但其与某些器件界面材料存在晶格失配问题，严重限制了器件结构和能带设计，使得电路设计面临诸多挑战。与此同时，随着能源问题日益凸显，对节能、低功耗计算操作的需求愈发迫切，多值逻辑（MVL）电路成为了研究热点。MVL 电路能以更少的组件处理更多信息，提高功能密度，但实现它的关键 —— 具有负微分电阻（NDR）和负微分跨导（NDT）特性的器件，一直是科研人员努力攻克的难题。在此背景下，二维（2D）层状半导体材料脱颖而出。许多 2D 材料，像石墨烯，具有出色的载流子迁移率，可实现高速 NDT 器件运行，而且其超薄特性便于极端缩放，能减少短沟道效应，增强器件可靠性。不过，如何更好地利用这些 2D 材料构建高效的 NDT 器件，仍是科研道路上的一座大山。
为了突破这些困境，来自多个研究机构的研究人员（作者单位未明确给出）展开了深入研究。他们聚焦于 MoSe2/h-BN/WSe2范德华异质结构，致力于探究其在 NDT 器件中的应用。研究成果发表在《Applied Materials Today》上，为电子器件领域带来了新的曙光。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是机械剥离技术，利用胶带从块状 MoSe2和 WSe2晶体上剥离出薄片；电子束光刻技术则用于电极图案化；电子束蒸发技术用来沉积 In 和 Au。通过这些技术，成功制备出了 NDT 器件。
结果与讨论
研究人员成功制备出了基于 MoSe2/h-BN/WSe2范德华异质结构的 NDT 器件。从器件结构来看，通过机械剥离技术制备出 WSe2、h-BN 和 MoSe2薄片，并将其堆叠在涂有 285nm SiO2层和极薄 In/Au（1/3nm）底部电极的衬底上。
在电学特性方面，该异质结存在破缺带隙对齐，在多层 MoSe2中实现了静电控制的 NDT。在 77K 时，展现出双 NDT 峰，峰谷电流比高于 102。而且在极低的漏极电压（VD）0.01V 下就能观察到 NDT 行为，这意味着该器件具备用于低功耗应用的潜力。
进一步研究发现，h-BN 层的厚度对电荷传输特性有影响。通过详细的原子力显微镜（AFM）测量，研究不同厚度 h-BN 对器件的作用。结果表明，不同厚度的 h-BN 会导致不同的峰谷电流比（PVCR），在 300K 时，五层厚的 h-BN 能获得最高的 PVCR。
研究结论和讨论
研究人员全面阐释了 MoSe2/h-BN/WSe2范德华异质结构中 NDT 行为的运行机制。在宽范围的栅极和漏极电压下测量器件后，观察到基于该异质结的双 NDT 峰。通过对传输特性的详细分析和结构验证实验，揭示了势垒厚度等因素对器件性能的影响。
这项研究意义重大。它为未来低功耗电子器件的设计提供了新的思路和方向。该 NDT 器件具备的低电压下的 NDT 行为和高 PVCR 等特性，使其在低功耗逻辑电路、存储器、振荡器和高速开关等领域有着广阔的应用前景。同时，这种利用垂直几何结构中的中间 h-BN 层来调控电荷传输特性的方法，相较于传统设计倍频器和相移键控电路的方法，极大地简化了电路设计过程，有望推动电子器件向更高效、更节能的方向发展。
