韩琳课题组：二维材料本征空位缺陷的快速修补术

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人类的生活越来越离不开电脑、电视、手机等电子设备，但是这些设备的核心部件芯片正在面临着性能极限的逼近。如果把芯片比作一栋大厦，晶体管就是建楼用的一块块砖头，一栋栋大厦就构成了我们的信息化时代。硅是传统的半导体材料，不断缩小晶体管尺寸以提升芯片的性能，然摩尔定律将到达终点，即硅材料的晶体管尺寸无法再缩小，芯片的性能也接近物理极限。因此，科学家一直在寻找能代替当前硅芯片的材料，二维材料由于其独特的光学和电学等物理特性被认为是最有潜力替代硅材料的下一代电子材料，在这些二维材料中，过渡金属硫化物（MoS2，WS2）是当今材料学和电子学研究的热点。然而，在生长或者转移过程中难以避免的硫空位的产生，不仅会成为载流子散射中心， 而且还会严重影响金属电极与二维材料的接触界面，最终影响器件的传输性能

近日，山东大学韩琳、刘宏课题组与中科院物理所谷林课题组合作提出了一种简单、有效的使用氮等离子体修复过渡金属硫化物（TMDs）中本征硫空位的方法，并利用高分辨率的球差校正透射扫描电子显微镜（STEM,JOOL AEM200F）证实了硫空位的存在和硫空位的氮等离子体有效修复，通过质心拟合的方式计算出修复后的空位密度降低了4倍。更重要的是，氮等离子体修复的二硫化钨（WS2）场效应晶体管（FET）展现了优异的电学特性，与修补前的二硫化钨器件相比，场效应电子迁移率达到184.2 cm2/Vs，提高了6.2倍。最令人兴奋的是等离子体修复后的器件表现出极好的金属-二维材料接触状况，线性区的开态电流提高了一个数量级。 为了进一步解释氮等离子体掺杂的物理机制，利用第一性原理模拟计算了WS2氮原子修复前后的电子能带结构，随着硫空位的修复，有效电子质量逐渐降低（0.85me-0.83me），载流子迁移率逐渐上升，仿真结果为实验现象提供了有力的理论支持。

研究者相信，该研究将会为高性能二维材料场效应晶体管的研究打开一扇窗，为二维材料的本征缺陷修复提供新思路。相关论文以“A Facile and Effective Method for Patching Sulfur Vacancies of WS2 via Nitrogen Plasma Treatment”为题在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201901791)上，并于当期Back Cover做简要介绍。

韩琳,女, 生于1979年2月, 山东大学微电子学院教授。1999 年考入山东大学，2003 年毕业并获得了物理与微电子学理学学士学位。同年被保送到清华大学微电子研究所攻读硕士学位，研究基于非晶硅薄膜晶体管的室温红外探测器。2006年从清华大学毕业后被美国普林斯顿大学Princeton University 录取，在电子工程系 (Electrical Engineering) 攻读博士学位， 研究用于柔性显示的材料与器件，并于 2011 年4 月获得博士学位。博士毕业后加入耶鲁大学Yale University 生物医学工程系Biomedical Engineering (Postdoc Associate)，结合自身的电子工程技术，研发用于单细胞生物信息提取的微流控芯片系统,并取得了多项创新成果，获得了Connecticut Stem Cell Fund、美国国立卫生研究院（NIH） 、David and Lucile Packard Foundation 等多项重大科研资助,并与2015年4月晋升为副研究员。韩琳博士于2015年10月顺利通过了“齐鲁青年学者”评审,并于2016年6月入职微电子学院。

刘宏，男，1964年1月生，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国晶体学会理事，中国硅酸盐学会晶体生长分会副秘书长，中国光学学会材料专业委员会会员理事，山东省硅酸盐学会副秘书长，中国硅酸盐学会会员，美国化学会会员。 2001年毕业于山东大学，获得博士学位。1985－2002年在山东轻工业学院材料学科与工程系任教，历任助教，讲师和副教授；2002年起，山东大学晶体材料国家重点实验室任教授；2003年起任博士生导师；2005年－2006年在美国佐治亚理工学院进行访问研究。 主持和参加了国家863、973和国家自然科学基金重大项目等10余项，2009年获得国家杰出青年基金项目资助。主要研究方向：纳米材料、生物材料,功能晶体材料、功能陶瓷材料。在包括Nano Letters,J. Am. Chem.Soc,Adv. Mater. Tissue Engineering等SCI学术期刊上发表文章100余篇，引用次数2700余次，H因子为26；申请发明专利20项，授权12项。

谷林，中国科学院物理研究所研究员，中科院“百人计划”入选者，获得“优秀青年基金”和“青年拔尖人才计划”支持。从事电子显微学方法研究十余年。2002年清华大学本科毕业，启蒙于我国电子显微学专家朱静院士。2005年获得美国亚利桑那州立大学（Arizona State Univ.）博士学位，导师David J. Smith教授。2006 - 2009年在德国斯图加特马普金属所与合作导师Manfred Rühle教授工作期间，参与世界首台Mandoline能量过滤器的调试工作，首创了价电子能量过滤扫描透射电子显微术。2009 -2010在日本东北大学原子分子材料科学高等研究机构与合作导师幾原雄一教授工作期间，发展了球差校正环形明场成像技术，实现了单原子分辨下电化学脱嵌锂离子的直接观测。从2010年底起在中科院物理所先进材料和结构分析实验室担任“百人计划”研究员，负责建设北京中关村物质科学大型仪器区域中心的亚埃结构分析平台（挂靠在中科院物理所），该平台安装有一台双球差校正冷场发射电子显微镜。平台已于2013年5月顺利验收，各项指标均达到或优于预期。谷林博士近年来从事新型量子材料、功能氧化物材料、储能材料、纳米催化剂的原子尺度结构和电子结构方面研究，并取得了系列重要成果。共表SCI文章270余篇，其中包括Science及Nature正刊6篇，子刊近20篇，影响因子>10的文章90余篇，他引7000余次。获得国际电子显微学联合会青年科学家奖(2006) ；日本陶瓷协会学术写真优秀奖（2012）；国际锂电池学会青年科学家奖（2012）；中国科学院“卢嘉锡”青年人才奖（2013）；中国科学院杰出科技成就奖（主要完成人）（2013）。获得基金委“优秀青年基金”和中组部“青年拔尖人才计划”支持（2015）。中科院“百人计划”终期评估优秀（2016）。