翟天佑团队在二维光电子器件封装领域取得新进展

chunyu

12月4日，国际权威期刊《先进材料》（Advanced Materials）在线刊发了我校材料学院、材料成形与模具技术国家重点实验室翟天佑教授团队题为“基于无机分子晶体的规模化范德华封装”（Scalable van der Waals encapsulation by inorganic molecular crystals）的研究论文。此研究工作报道了一种可规模化范德华封装方法，显著提升了二维光电子器件的可靠性与稳定性，进一步推动其实际应用。

        二维材料具有原子级厚度和优异光电性能，在构筑新一代光电子器件方面极具潜力。然而，二维材料极薄的厚度与大的比表面积使之具有比传统块体材料更高的环境敏感性，这对二维光电子器件的封装也提出了新的要求。二维光电子器件的封装需在提升器件稳定性的同时避免封装工艺对二维材料的结构与性能造成破坏。传统的封装方法操作温度高、易引入化学杂质，进而影响二维材料的本征性能。范德华封装（封装层与二维材料通过范德华力结合）可维持二维材料的本征结构并与之形成洁净的接触界面，被认为是适合于二维材料光电子器件封装的优选方案。然而，一种工艺简单、可规模化且行之有效的范德华封装方法仍有待开发，这也是推动二维光电子器件走向实际应用的关键一环。
        近日，翟天佑团队开发了一种与当前CMOS工艺相兼容的规模化范德华封装方法。作者利用热蒸镀法在二维光电子器件表面沉积了晶圆级致密均匀的氧化锑（Sb2O3）薄膜。利用Sb2O3独特的分子晶体结构，实现了封装层与二维材料之间的范德华接触，形成了洁净的接触界面。经封装后，二维光电子器件的稳定性显著提升，例如：基于二维黑磷纳米片的场效应晶体管的迁移率在19天内几乎不变（而未封装黑磷器件的迁移率在1天内降为初始值的10%）。此外，得益于Sb2O3薄膜与二维材料间的范德华接触，利用真空加热法可实现Sb2O3封装层从二维材料表面无损解封。该研究工作实现了晶圆级范德华无损封装与解封装，为光电子器件封装提供了一种新的思路，对二维光电子器件的发展与应用有重要的推动作用。
       华中科技大学为该论文第一完成单位，材料学院博士生刘立昕为论文第一作者，翟天佑教授和刘开朗博士为通讯作者。河北大学巩朋来老师，燕山大学柳忠元、聂安民老师等共同参与该项研究工作。本研究受到国家自然科学基金,湖北省创新群体项目,中央高校基本科研专项资金等资金的资助。
       【文章链接】https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106041


        文章来源：华中科技大学
       翟天佑，男，华中科技大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，材料成形与模具技术国家重点实验室首席教授，材料物理与化学系副主任，新材料与器件研究中心副主任，中组部“计划”入选者（2012年），国家优秀青年科学基金获得者（2013年），汤森路透全球高被引科学家（2015年），华中科技大学 “十大科技新星”和“十佳青年教工”（2016年），曾获国家自然科学二等奖（第五完成人，2014年）和中国化学会青年化学奖（2014年）。担任中国材料研究学会青年委员会理事和纳米材料与器件分会理事，中国化学会青年化学工作委员会委员，国家重点研发计划-项目评审专家，Science Bulletin(材料领域)副主编，Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等60余种国际知名刊物审稿人。