科学家实现六方氮化硼纳米带的带隙调控

六方氮化硼（hBN）是具有与石墨烯类似的六角网状晶格结构的宽禁带半导体，其大带隙和绝缘性质使其成为极佳的介质衬底材料，同时限制了其在电子学和光电子学器件中更广泛的应用。与hBN片层不同，hBN纳米带（BNNR）可以通过引入空间和静电势的约束表现出可变的带隙。计算预测，横向电场可以使BNNRs带隙变窄，甚至导致其出现绝缘体-金属转变。然而，如何通过实验在BNNR上引入较高的横向电场颇具挑战性。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员王浩敏课题组、南京航空航天大学教授张助华团队、中国科学院上海技术物理研究所研究员胡伟达团队开展研究。合作团队对水吸附锯齿型BNNR（zBNNR）的带隙调制进行系统研究。计算结果表明，吸附在zBNNR两侧的水产生了超过2 V/nm的横向等效电场，从而缩小zBNNR的带隙。通过边缘吸附水分子，研究首次测量了zBNNR器件的栅极调制输运和其对红外光谱的光电响应，这利于基于hBN的光电性质的同质集成。该研究为实现基于六方氮化硼的电子/光电子器件和电路提供了新思路。

相关研究成果以Water induced bandgap engineering in nanoribbons of hexagonal boron nitride为题，在线发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。

研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家重点研发计划与博士后创新人才支持计划等的支持。

▲a. 在hBN表面上，Zn纳米粒子蚀刻出两个平行沟槽之间的zBNNR；b. 不同宽度BNNR的原子力显微镜（AFM）高度图像。比例尺为50 nm。c. 水分子以六方冰形式吸附在zBNNR两侧边缘的结构示意图，由此诱导产生横向电场。

▲a. 8nm宽的zBNNR器件在300K下，Vds从1V到50V，背栅电压Vg从-65V到65V下的输运曲线，开/关比超过103；b. 不同宽度zBNNR的输运曲线；c. 器件的场效应和光电流开/关比与zBNNR宽度的关系；d. 在功率为35mW的1060nm激光照射下，两个zBNNR器件中随时间变化的光电流。它们的宽度分别为33nm和8.5nm。