Фосфорен: неисследованный двумерный полупроводник с высокой подвижностью дырок

Представлен двумерный аналог слоистого чёрного фосфора, названный фосфореном, — ранее не изучавшийся полупроводниковый материал p-типа. Подобно графену и MoS2, однослойный фосфорен гибок и может быть получен механическим расслоением. Фосфорен стабилен и, в отличие от графена, обладает собственной прямой и достаточно широкой запрещённой зоной. Согласно первопринципным расчётам, запрещённая зона является прямой, зависит от числа слоёв и внутрислойной деформации и значительно превышает объёмное значение 0,31–0,36 эВ. Наблюдаемый пик фотолюминесценции однослойного фосфорена в видимой области спектра подтверждает, что его запрещённая зона шире, чем у объёмного материала. Исследование переноса заряда показало, что подвижность дырок отражает структурную анизотропию фосфорена и дополняет свойства MoS2 n-типа. При комнатной температуре полевые транзисторы на нескольких слоях фосфорена с длиной канала 1,0 мкм демонстрировали высокий ток во включённом состоянии — 194 мА/мм, высокую подвижность дырок по эффекту поля — 286 см²/(В·с), и отношение токов во включённом и выключенном состояниях до 10⁴. Возможность интеграции фосфорена продемонстрирована созданием двумерного КМОП-инвертора, состоящего из p-канального транзистора PMOS на фосфорене и n-канального транзистора NMOS на MoS2.