清華大學Science:單層橫向異質結中同步進行電與熱整流
2022年10月13日，Science線上發表了清華大學張興教授、呂瑞濤副教授和王海東副教授課題組的研究論文，題目為《Simultaneous electrical and thermal rectification in a monolayer lateral heterojunction》。
随着半導體尺寸減小到納米級，有效的廢熱損耗變得越來越具有挑戰性。受普遍Umklapp聲子散射的影響，半導體的熱導率在較高的溫度下下降，并在高功率條件下導緻傳熱惡化。在此研究中，作者實作了MoSe2-WSe2單層橫向異質結構的電與熱的同步整流(electrical rectification, ER; thermal rectification, TR)。原子級薄的MoSe2-WSe2異質結形成一個高開關比的電二極管，其開關比高達10^4。同時，在開通狀态下，異質結二極管在高偏置電壓下從MoSe2到WSe2形成一個首選的散熱通道，其TR系數高達96%。由于局部溫度梯度引起的TR效應，在較高的溫度下獲得較高的導熱系數。此外，通過旋轉單層異質結界面的角度可以将TR因子從最大值調節到零。這一結果為設計具有增強散熱性能的新型納米電子器件開辟了道路。
圖1 MoSe2-WSe2橫向異質結和H型傳感器件的表征
圖2 MoSe2-WSe2橫向異質結電學性質的外部測量電路及熱力學表征
圖3 MoSe2-WSe2橫向異質結的外部熱測量電路及TR特性
圖4 MD模拟結果揭示TR的實體機制
圖5 具有拉曼光譜溫度表征的異質結高偏置電壓實驗
【論文連結】
Zhang, Y., Lv, Q., Wang, H. et al. Simultaneous electrical and thermal rectification in a monolayer lateral heterojunction. Science, 2022, 378, 169-175. 網頁連結
