【国际论文】具有带间隧道效应和可调电子特性的弹性 III 型断隙 Ga₂O₃/SiC 范德华异质双层膜

        近期，美国内华达大学的研究团队在学术期刊Scientifc Reports发布了一篇名为A resilient type-III broken gap Ga₂O₃/SiC van der Waals heterogeneous bilayer with band-to-band tunneling effect and tunable electronic property（具有带间隧道效应和可调电子特性的弹性 III 型断隙 Ga₂O₃/SiC 范德华异质双层膜）的文章。

摘要

        范德华（vdW）异质结构具有结合叠层材料优异特性的潜力，以满足多种应用需求，这引起了广泛关注。由于独特的量子隧穿机制，从vdW异质结构中获得的III型断隙是一种有前途的隧穿场效应晶体管（TFET）设计策略。通过第一性原理计算揭示了一种独特的Ga₂O₃/SiC vdW双层异质结构，具有固有的III型断隙能带排列。对形成断隙能带排列的基础物理机制进行了详细研究。由于带结构重叠，创建了一个0.609 eV的隧穿窗口，使得电荷能够从SiC层的价带最大值（VBM）隧穿到Ga₂O₃层的导带最小值（CBM），满足带隙对带隙隧穿（BTBT）的要求。外部电场和应变可用于调节双层异质结构的电子行为。正外部电场和压缩垂直应变扩大了隧穿窗口并增强了BTBT机制，而负电场和拉伸垂直应变缩小了BTBT窗口。在外部电场以及垂直和双轴应变下，Ga₂O₃/SiC vdW异质双层保持III型能带排列，显示出其在外部电场和应变下的弹性。所有这些结果为Ga₂O₃/SiC vdW双层设计高性能隧穿场效应晶体管提供了一个受关注的平台。

图 1：Ga₂O₃/SiC vdW 双层异质结构的四层堆叠模式侧视图：(a) X₁、(b) X₂、(c) X₃ 和 (d) X₄。四种堆积构型的声子色散关系：(d) X₁、(e) X₂、(f) X₃ 和 (g) X₄。