二維過渡金屬硫?qū)倩锞w管的性能調(diào)控

      與常規(guī)三維半導(dǎo)體材料（Si，Ge和III-V族化合物）相比，二維層狀半導(dǎo)體晶體管由于擁有超薄厚度，原子尺度平滑性，表面無懸掛鍵和大范圍可調(diào)的帶隙，顯示出了可縮減至納米尺度和高密度三維集成的潛力。具有原子層厚度的二維半導(dǎo)體晶體管擁有更好的靜電控制可以有效地抑制短溝道效應(yīng)，并且有高開關(guān)比、較小的亞閾值擺幅和更小的功率消耗，體現(xiàn)了它優(yōu)異的性能。為了將二維材料應(yīng)用到互補型金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）邏輯電路中，重要的是以可控制的方式調(diào)制載流子類型和密度，優(yōu)化二維材料與金屬的電學接觸以及設(shè)計調(diào)控二維材料與介質(zhì)材料的界面，以達到二維材料本征載流子遷移率。

香港理工大學柴揚課題組從多個方面詳細總結(jié)了二維過渡金屬硫?qū)倩锞w管性能調(diào)控上的最新進展，包括對載流子類型和密度的調(diào)控，優(yōu)化二維半導(dǎo)體與金屬電極的接觸，以及改善二維半導(dǎo)體與柵介質(zhì)之間的界面。在載流子調(diào)控方面，傳統(tǒng)的摻雜方式（熱擴散和離子注入）不容易直接用于過渡金屬硫?qū)倩锏膿诫s。固態(tài)氧化物可以通過電荷轉(zhuǎn)移的方式實現(xiàn)對二維半導(dǎo)體的摻雜并改變其載流子類型與密度。通過沉積具有不同功函數(shù)的固態(tài)氧化物，可以有效地實現(xiàn)二維半導(dǎo)體的n型與p型調(diào)控。固態(tài)氧化物的制備方法與傳統(tǒng)硅集成電路工藝兼容，同時擁有很高的穩(wěn)定性，體現(xiàn)出了較大的應(yīng)用前景。

在金屬接觸上，有表面接觸（top-contact）和邊緣接觸（edge-contact）這兩種接觸結(jié)構(gòu)。邊緣接觸結(jié)構(gòu)中，二維材料和金屬可以形成強的化學鍵，所以接觸電阻較小。形成邊緣式接觸的一個巧妙辦法是把半導(dǎo)體性二硫化鉬（2H相）轉(zhuǎn)化成金屬性（1T相），用1T相部分作為接觸區(qū)域?qū)崿F(xiàn)歐姆接觸。這一開創(chuàng)性工作給二維半導(dǎo)體器件的未來發(fā)展提供了很好的策略。最近報道的以重摻雜過渡金屬硫?qū)倩镒鳛榻佑|材料的二維晶體管，同樣實現(xiàn)了極低的接觸電阻。摻雜技術(shù)的進步有利于形成金屬與二維材料的歐姆接觸。

在界面態(tài)優(yōu)化方面，界面的帶電雜質(zhì)和缺陷會極大的影響二維材料的輸運性能。眾多研究結(jié)果表明二維氮化硼材料是較理想的介質(zhì)界面材料。二維氮化硼給過渡族金屬硫?qū)倩锾峁┝艘粋€平整、無懸掛鍵和無界面態(tài)的惰性環(huán)境，有利于載流子的輸運。但它的介電常數(shù)較小，作為柵介質(zhì)調(diào)控能力有限。因此，在晶體管制備中，研究人員常把二維氮化硼與其他介質(zhì)材料一起作為柵介質(zhì)層，使得工藝復(fù)雜化。未來希望尋找到高介電常數(shù)二維介質(zhì)材料來實現(xiàn)進一步優(yōu)化。

據(jù)巨納旗下低維材料在線91cailiao.cn的技術(shù)工程師Ronnie介紹，隨著對二維過渡金屬硫?qū)倩锞w管的深入研究，研究人員已經(jīng)有了較深刻的認識。相比于研究初期，輸運性能也擁有較高的提升。把摻雜，接觸和界面三個方面結(jié)合起來進一步優(yōu)化，將有利于實現(xiàn)二維晶體管的功能化和集成應(yīng)用。