基于霍尔效应测试的Xene二维材料电学特性分析及其应用研究

Xene材料优势

Xene材料[1]：硅烯（Silicene）、锗烯（Germanene）、锡烯（Stanene）、磷烯（Phosphorene）、硼烯（Boronene）、氮烯（Nitrogene）等；

二维结构：赋予其高表面积和独特的物理性质，如出色的电子迁移率、带隙调整能力以及拓扑特性，使其在电子器件中具有广泛的应用潜力；

机械性质：如高机械强度和柔性，适合用于柔性电子器件；

光学性质：如吸收系数和带隙，可通过结构调整进行调控，适用于光电子器件和传感器；

稳定性和反应性：一些Xene材料表现出良好化学稳定性，而另一些则易于功能化，适用于传感、催化等领域。

Xene材料以其单原子层或少数原子层的厚度、优异的电子迁移率、可调的带隙特性和机械柔性等特性，为电子器件、光电子器件、传感器等领域提供了新的设计思路。[2]而要准确理解和利用这些特性，霍尔效应测试仪（HET）成为不可或缺的工具。

在材料研究中，Zhaoying Dang[3]在Si(111)衬底上外延生长了二维铋（Bi），并研究了其光电特性。他们发现，二维Bi/Si(111)异质结器件在可见光到近红外波段具有宽带响应，光响应度高达80 A W^-1，响应时间约为3 μs。这种优异的光电性能归因于异质结中载流子的产生和传输得到增强。

在该研究中，霍尔测试的主要目的是测量二维Bi的载流子浓度、载流子迁移率和电导率等电学参数，这些参数对于理解二维Bi的电学性质以及其在光电探测器中的应用至关重要。例如，载流子迁移率决定了载流子在材料中的传输效率，而载流子浓度则影响了器件的光响应度，如图1所示。

图1  HET对Bi/Si光电子器件的性能测试

这项研究揭示了二维Bi/Si(111)异质结器件在光电探测器应用中的巨大潜力，并为其他VA组Xene材料在光电器件中的应用提供了新的思路。霍尔效应测试仪在这一研究中的应用，不仅帮助我们深入理解了Xene材料的电学行为，还指导了材料制备工艺的优化，推动了Xene材料在电子、光电子和传感器等领域的应用发展。随着技术的不断进步，相信Xene材料将在未来的电子世界中扮演更加重要的角色。

参考文献：

[1] Khan K, Tareen A K, Khan Q U, et al. Novel synthesis, properties and applications of emerging group VA two-dimensional monoelemental materials (2D-Xenes)[J]. Materials Chemistry Frontiers, 2021, 5(17): 6333-6391.

[2] Li S, Huang G, Jia Y, et al. Photoelectronic properties and devices of 2D Xenes[J]. Journal of Materials Science & Technology, 2022, 126: 44-59.

[3] Dang Z, Wang W, Chen J, et al. Vis-NIR photodetector with microsecond response enabled by 2D bismuth/Si (111) heterojunction[J]. 2D Materials, 2021, 8(3): 035002.