二維（2D）材料被預(yù)期將在國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖（ITRS）所指的2028年矽材料末日接棒，其中最知名的就是石墨烯（graphene）；科學(xué)家們也正在研究其他“夢(mèng)幻材料”，包括過(guò)渡金屬硫化物（transition metal dichalcogenides，TMD），如二硫化鉬（molybdenum disulphide，MoS2）。現(xiàn)在又有一種新的2D材料──黑磷（black phosphorus）──被視為能解決石墨烯的一些問(wèn)題。

　　黑磷沒(méi)有石墨烯的缺點(diǎn)──石墨烯缺乏能隙（bandgap）而且與矽不相容；與矽的相容性可望促進(jìn)矽光子元件（silicon photonics）技術(shù)的發(fā)展，屆時(shí)各種晶片是以光而非電子來(lái)傳遞數(shù)位訊號(hào)。率領(lǐng)該研究團(tuán)隊(duì)的美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)教授Mo Li表示：“我們首度證實(shí)了晶體黑磷光電探測(cè)器（photodetector）能被轉(zhuǎn)移到矽光子電路中，而且性能表現(xiàn)跟鍺（germanium）一樣好 ──這是光電探測(cè)器的黃金標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

　　磷在自然界是一種具備高度活性反應(yīng)的物質(zhì)──這也是為何它們被用來(lái)制造火柴──不過(guò)將磷在烤箱中以精確的溫度烘烤后，它的顏色會(huì)變黑，不但性質(zhì)變得非常穩(wěn)定，還轉(zhuǎn)變成一種純晶體型態(tài)，能剝離到矽基板上。明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員使用20個(gè)單層 （monolayer）的黑磷打造第一款元件證實(shí)其光學(xué)電路，據(jù)說(shuō)可達(dá)到3Gbps的通訊速度。

    高性能光電探測(cè)器僅使用幾層黑磷（紅色部分），就能感測(cè)波導(dǎo)（綠色部分）中的光；也可用石墨烯（灰色）調(diào)節(jié)其性能

　　（來(lái)源：College of Science and Engineering，University of Minnesota）

　　黑磷超越石墨烯的最大優(yōu)點(diǎn)就在于擁有能隙，使其更容易進(jìn)行光探測(cè)；而且其能隙是可藉由在矽基板上堆疊的黑磷層數(shù)來(lái)做調(diào)節(jié)，使其能吸收可見(jiàn)光范圍以及通訊用紅 外線(xiàn)范圍的波長(zhǎng)。此外因?yàn)楹诹资且环N直接能隙（direct-band）半導(dǎo)體，也能將電子訊號(hào)轉(zhuǎn)成光；Li表示：“我們的短期目標(biāo)之一是制作黑磷電晶 體，而長(zhǎng)期目標(biāo)則是在矽晶片中實(shí)現(xiàn)黑磷雷射元件?！?/p>

研究人員將黑磷整合到矽波導(dǎo)光干涉儀（途中的細(xì)線(xiàn)），以精確量測(cè)其光吸收量以及偵測(cè)其中產(chǎn)生的光電流

　?。▉?lái)源：College of Science and Engineering，University of Minnesota）

　　Li 聲稱(chēng)，目前正被研究中的各種2D材料里，黑磷的可調(diào)節(jié)能隙特性與其他材料也擁有的高速運(yùn)作性能之間，并沒(méi)有嚴(yán)重的折衷（trade-off）問(wèn)題，這使得 該種材料在上述兩個(gè)條件都是“表現(xiàn)最佳”。贊助此研究案的單位包括美國(guó)空軍科學(xué)研究所（ir Force Office of Scientific Research）以及美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）。