半导体的pn掺杂工艺是实现半导体器件基本的不可或缺技术，不同于硅半导体中积累了成熟的化学元素替代pn掺杂方法，二维半导体材料的pn掺杂手段还极其不成熟。近期，华东师范大学极化材料与器件教育部重点实验室田博博研究员和段纯刚教授与中国科学院上海技术物理研究所等单位合作，利用高矫顽电场的铁电聚合物，在二维半导体中实现了基于铁电局域场调控的pn掺杂（图1）。

图1：二维半导体中实现基于铁电局域场调控的pn掺杂。

研究人员将高矫顽电场的有机铁电聚合物薄膜覆盖于二维半导体上，形成纯净的范德瓦尔斯界面。铁电聚合物可以在界面提供GV/m量级的强局域电场，并且铁电聚合物因其双势阱之间较高的势垒而具有非常稳定的铁电极化，其矫顽电场10倍于传统无机铁电薄膜，高的矫顽电场克服了铁电/半导体界面不完美电荷屏蔽导致的退极化场，保证了对其二维半导体费米能级调控的非易失性。基于铁电局域场调控的pn掺杂方法，研究人员实现了二维同质pn结、电写光读存储阵列和新型准非易失存储器等信息器件（图2）。

该铁电局域场调控掺杂方法满足任意图形化的p/n掺杂需求，不需要额外的电极图形化及其他化学操作过程，简化了二维半导体的pn结制备工艺，特别是为基于同质pn结设计复杂信息器件提供了途径。该掺杂方法性能稳定，制备成本低，具有铁电的可擦除可编辑等特点。同时PVDF的禁带宽度为6 eV，化学性质稳定，该掺杂技术为二维半导体提供了一层光学透明的保护层，使二维半导体器件性能更加稳定和对环境更具有兼容性。

该成果发表于《自然电子学》期刊（Nat. Electron. 3, 43 (2020)。极化材料与器件教育部重点实验室田博博研究员为共同第一作者。

图2：基于铁电局域场调控的pn掺杂方法实现的同质pn结（a）和电写光读存储阵列（b）。

文献信息：

Guangjian Wu#, Bobo Tian#, Lan Liu#, Wei Lv, Shuang Wu, Xudong Wang, Yan Chen, Jingyu Li, Zhen Wang, Shuaiqin Wu, Hong Shen, Tie Lin, Peng Zhou*, Qi Liu, Chungang Duan, Shantao Zhang, Xiangjian Meng, Shiwei Wu, Weida Hu, Xinran Wang, Junhao Chu and Jianlu Wang*. Programmable transition metal dichalcogenide homojunctions controlled by nonvolatile ferroelectric domains. Nature Electronics 3, 43-50, (2020). DOI: 10.1038/s41928-019-0350-y