清华大学Science:单层横向异质结中同步进行电与热整流
2022年10月13日，Science在线发表了清华大学张兴教授、吕瑞涛副教授和王海东副教授课题组的研究论文，题目为《Simultaneous electrical and thermal rectification in a monolayer lateral heterojunction》。
随着晶体管尺寸减小到纳米级，有效的废热损耗变得越来越具有挑战性。受普遍Umklapp声子散射的影响，半导体的热导率在较高的温度下下降，并在高功率条件下导致传热恶化。在此研究中，作者实现了MoSe2-WSe2单层横向异质结构的电与热的同步整流(electrical rectification, ER; thermal rectification, TR)。原子级薄的MoSe2-WSe2异质结形成一个高开关比的电二极管，其开关比高达10^4。同时，在开通状态下，异质结二极管在高偏置电压下从MoSe2到WSe2形成一个首选的散热通道，其TR系数高达96%。由于局部温度梯度引起的TR效应，在较高的温度下获得较高的导热系数。此外，通过旋转单层异质结界面的角度可以将TR因子从最大值调节到零。这一结果为设计具有增强散热性能的新型纳米电子器件开辟了道路。
图1 MoSe2-WSe2横向异质结和H型传感器件的表征
图2 MoSe2-WSe2横向异质结电学性质的外部测量电路及热力学表征
图3 MoSe2-WSe2横向异质结的外部热测量电路及TR特性
图4 MD模拟结果揭示TR的物理机制
图5 具有拉曼光谱温度表征的异质结高偏置电压实验
【论文链接】
Zhang, Y., Lv, Q., Wang, H. et al. Simultaneous electrical and thermal rectification in a monolayer lateral heterojunction. Science, 2022, 378, 169-175. 网页链接
