第一作者：Jiabiao Chen

通訊作者：吳金雄

通訊單位：南開大學

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本研究通過化學氣相沉積（CVD）方法成功合成了可轉移的超薄Bi₂Ge(Si)O₅介電合金，其組成可通過改變GeO₂/SiO₂前驅體的相對比例在x的全范圍內調節。

這些合金的介電性能高度可調，顯示出超過40的介電常數，是CVD生長的2D絕緣體中記錄最高的。Bi₂GeO₅和Bi₂Ge(Si)O₅的垂直生長特性使得無聚合物轉移和隨后的干凈范德華集成成為可能，作為高κ封裝層以提高2D半導體的遷移率。

此外，使用Bi₂Ge(Si)O₅合金作為柵介質的MoS₂晶體管表現出>10⁸的Ion/Ioff ，理想的亞閾值擺幅約為61 mV/dec，以及小的柵壓遲滯(~5 mV)。該工作不僅為控制CVD生長絕緣介電合金提供了極少數的例子，而且還擴展了2D單晶高κ介電家族。

圖文導讀

圖1 CVD生長和表征超薄Bi₂GeO₅單晶。

圖2 可控合成和表征具有可調組成的超薄Bi₂Si_xGe_1?xO₅合金。

圖3 原始和Si合金化的Bi₂GeO₅ 2D晶體的介電性能。

圖4 垂直生長的Bi₂GeO₅納米片作為高κvdW封裝層以提高少層MoS₂的遷移率。

圖5 基于Bi₂Si_xGe_1?xO₅ (x = 0.278) 介電合金的無遲滯MoS₂ FET。

總結展望

本研究成功實現了通過CVD方法控制合成具有可調組成的2D單晶介電合金，并通過調節GeO₂和SiO₂前驅體的比例，實現了Bi₂Si_xGe_1?xO₅?合金的組成在x = 0到x = 1的全范圍內的連續調節。

這些合金展現出了高介電常數和可調節的擊穿場強，使其成為制造高性能2D半導體器件的理想材料。特別是，Bi₂GeO₅和Bi₂Ge(Si)O₅納米片作為高κ封裝層，顯著提高了MoS₂晶體管的遷移率，并實現了無遲滯的場效應晶體管。

這些發現不僅為2D電子器件的制造提供了新的材料選擇，也為探索新型物理現象提供了可能。

文獻信息

標題：Controllable Synthesis of Transferable Ultrathin Bi2Ge(Si)O5 Dielectric Alloys with Composition-Tunable High-κ Properties

期刊：J. Am. Chem. Soc.