范德華異質結作為一種新型的結構，在光電器件領域展示出無限的魔力，在經歷過2019年的狂歡之后，2020年剛剛開始，又開始展露實力。2020年1月31日，東京大學首先在Science發力，報道了渴望已久的一維范德華異質結。2月3日，蘇黎世聯邦理工學院在Nature Nanotechnology發表論文，報道了基于波導集成型范德華異質結光電探測器；當天，華中科技大學也在Nature Electronics發表論文，報道了基于范德華異質結的場效應晶體管。
1. Science: 一維范德華力異質結構材料
東京大學Shigeo Maruyama和Rong Xian團隊報道了一維（1D）范德華異質結構材料的實驗合成，該異質結構居于不同原子層同軸地堆疊。研究證明，六方氮化硼（BN）和二硫化鉬（MoS2）晶體在單壁碳納米管（SWCNTs）上是以單晶層方式生長。對于SWCNTs，更容易合成克服應變效應的大直徑納米管。研究人員還介紹了一個5 nm直徑的異質結構納米管，該結構由內部SWCNT，中間的三層BN納米管和外部的MoS2納米管組成。電子衍射證實異質結構中的所有殼都是單晶結構。這項工作表明，當前2D庫中的所有材料都可以卷成1D對應結構，并且可以實現大量功能可設計的1D異質結構。
Rong Xiang et al. One-dimensionalvan der Waals heterostructures, Science, 2020, 367, 537-542.DOI:10.1126/science.aaz2570.https://science.sciencemag.org/content/367/6477/5372. Nature Nano.：波導集成型范德華異質結光電探測器由于具有獨特的材料性質和強烈的物質-光相互作用，過渡金屬硫族化合物（TMDCs）被廣泛用于構建新型光電器件。其中，響應大且速度快的光電探測器具有廣闊的應用領域，例如在標準通訊波段運行的高速率傳輸互連線。然而，TMDCs的本征載流子遷移率較小，成為發展高速傳輸裝置的瓶頸。有鑒于此，蘇黎世聯邦理工學院Lukas Novotny、Juerg Leuthold、Ping Ma等人提出了一種在硅光子平臺上集成的基于垂直范德華異質結的高性能光電探測器，在通訊頻段下高速高響應性工作。垂直的MoTe2-石墨烯異質結構使得TMDCs中的載流子渡越路徑最短，并在中等偏壓下（–3V）實現了高達24 GHz的帶寬紀錄值。通過施加更高偏壓或采用更薄的MoTe2片，帶寬能進一步增加到50 GHz。同時，該器件在1300 nm波長的入射光下實現了高達0.2AW–1的外響應值。該研究闡明了高性能光電探測器的性能權衡與設計方針。作者認為，將二維異質結與波導納米光子器件結合是實現高性能光電器件（例如，光電探測器，發光器件，電光調制器）的有效平臺。Fl?ry,N., Ma, P., Salamin, Y. et al. Waveguide-integrated van der Waalsheterostructure photodetector at telecom wavelengths with high speed and highresponsivity. Nat. Nanotechnol. 2020，15, 118–124.https://www.nature.com/articles/s41565-019-0602-z3. Nature Electronics：基于范德華異質結的場效應晶體管
依賴于量子隧穿的半導體器件在邏輯，存儲器和射頻領域應用廣泛。具有負差分電阻的隧穿器件通常遵循以下工作原理：隧穿電流直接影響驅動電流。有鑒于此，華中科技大學吳燕慶教授團隊及其合作者報道了一種基于黑磷/ Al2O3 /黑磷范德華異質結構制成的隧穿場效應晶體管。其中，隧穿電流相對于驅動電流為橫向。通過靜電效應，該隧穿電流會引起輸出電流的急劇變化，從而實現可調節的負差分電阻，在室溫下其峰谷比大于100。除此之外，所設計的器件還具有可開關特性，在較寬的溫度范圍內，其柵極電壓相對于表面電勢的相對變化是傳統晶體管玻耳茲曼極限的十分之一。Xiong Xiong et al. Atransverse tunnelling field-effect transistor made from a van der Waalsheterostructure. Nature Electronics 2020.https://www.nature.com/articles/s41928-019-0364-5
