「文獻講解」WSe2電晶體及其模擬電路的雙極傳輸特性

2020-12-27 今天喝汽水了嘛

[文獻名稱]The ambipolar transport behavior of WSe2 transistors and its analogue circuits Nature

P型和N型半導體是組成CMOS的基本元件。

邏輯電路裡有高密度的單極p型和n型半導體

由於兩個極性的電晶體在空間上需要分離製備,工藝十分複雜。

有一些材料有著雙極特性,包括有機/非有機 半導體,有機半導體的載流子遷移率低,石墨烯無帶隙無法做邏輯器件。

WSe2有依賴於厚度的電場屏蔽效應(由於其他電子對某一電子的排斥作用而抵消了一部分核電荷,從而引起有效核電荷的降低,削弱了核電荷對該電子的吸引,這種作用稱為屏蔽作用或屏蔽效應),已經有研究通過託馬斯、費米理論分析其層間耦合作用,人們對WSe2的費米能級移動的認識加深也十分有利於研究WSe2的雙極特性。

從塊狀晶體上剝離WSe2薄片轉移到SiO2/Si wafer上,通過電子束曝光製備點擊,源極和漏極的電極材料為10 nm Ti和 40 nm Au。測量前在含有10%H2的Ar中200℃退火2小時。

圖中是12層WSe2材料導電的電晶體導電特性,圖2中顯示了柵極電壓與漏電流密度的關係,柵極電壓接近0時幾乎無漏電流,而兩個極都有相同方向的漏電流,其對數特性較為明顯的呈現一個V字。一般半導體往往是單一載流子導電,因此其曲線往往整體呈現一條斜線,而WSe2在加正柵壓時由帶負電的電子導電,而家負柵壓時由帶正電的空穴導電,因此呈現出雙極性特性。

隨著材料層數變化其載流子遷移率存在極大值點,圖def可以看出約在10層時載流子遷移率最大。

ab展示了1層和7層材料時,其電學特性隨著溫度變化的特性,隨著溫度增加,載流子的遷移率也整體上升。

uh/ue(空穴和電子的遷移率比) 隨著溫度增加而降低,這是因為空穴散射大大增強使其遷移率降低,而電子散射雖然也增強了,但是對遷移率的影響沒有空穴那麼大。

不同柵壓下的肖特基勢壘,在-20到0v間存在一個極大值點,而-10到0v間則存在一個0點使肖特基勢壘的極性轉換。

外部電場下雙極性WSe2的費米能級移動,通過AFM測試電學特性。b顯示雙極性,但是0點不在0柵壓的狀態下。而表面能則隨著柵極電壓增高而呈現一個近似線性的增長。

將電晶體接入模擬電路,使其分別工作在電子導電和空穴導電的狀態,可以看出,空穴導電時輸出信號與輸入信號同向,而在另一極電子導電時輸出信號與輸入信號存在180°的相位差。

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