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费米能级调谐提高二维石墨烯基场效应晶体管的稳定性
2022年07月23日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

二维半导体是一类厚度在原子尺度上的半导体材料。这些材料具有许多优点,包括在1 nm以下的厚度具有良好的迁移率,这使得它们在场效应晶体管(FET)和其他电子、光子和光电子元件的开发中特别有前景。

尽管这些材料具有优势,但当它们被用于制造电子元件时,往往表现出有限的电气稳定性。其主要原因是,来自半导体的电荷载流子可以与围绕器件内部材料的绝缘体中的缺陷相互作用,阻碍器件的稳定性。

TU-Wien和AMO GmbH的研究人员最近展示了一种可用于改善基于2D材料的FET稳定性的策略。这一策略在《自然电子学》上发表的一篇论文中介绍,它需要调整2D材料的费米能级,确保器件运行时电荷载流子和栅极绝缘体缺陷之间的能量距离最大化。

研究人员在论文中写道:“在FET中,产生的陷阱电荷会导致较大的磁滞和器件漂移,尤其是在使用普通非晶栅氧化物(如硅或二氧化铪)时,会阻碍电路的稳定运行。”。“我们表明,采用非晶态栅氧化物的石墨烯基场效应晶体管的器件稳定性可以通过费米能级调谐得到改善。”

在他们的实验中,研究人员测试了以氧化铝(Al2O3)为顶栅氧化物的不同石墨烯FET,并比较了它们的性能。他们测试的一批设备也使用了掺磷石墨烯层。

研究人员在论文中解释道:“我们特意调整了沟道的费米能级,以最大化沟道中电荷载流子与非晶态铝栅氧化物中缺陷带之间的能量距离。”。

有趣的是,研究人员发现他们的方法提高了晶体管的稳定性。事实上,费米调谐远离氧化铝缺陷(即p掺杂最多的缺陷)的一批FET导致了较低的滞后和偏置温度不稳定性,这两个特征通常与操作不稳定性相关。

该团队通过运行一系列技术计算机辅助设计(TCAD)仿真进一步验证了其方法的有效性。这些是计算机模拟,通常用于模拟半导体器件和工艺。

研究人员在论文中补充道:“电荷俘获对通道费米能级与绝缘体中缺陷带的能量对齐非常敏感,因此,我们的方法最大化了电活性边界陷阱的数量,而无需减少绝缘体中陷阱的总数。”。

该研究团队最近的工作强调,需要为基于2D半导体的设备选择合适的设计,以确保可靠和稳定的运行。在未来,他们论文中介绍的方法可用于改善基于二维石墨烯的FET的稳定性。

此外,同样的策略可能适用于广泛的绝缘体,包括结晶绝缘体。在接下来的研究中,研究人员计划进一步测试他们提出的策略,以确定不同材料组合可以实现的稳定性水平。

漏 2022科学X网络

标签:技术中心石墨烯
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