大面積、高質(zhì)量二硫化鉬二維結(jié)構(gòu)的制備及其場效應(yīng)晶體管器件.pdf

1、近幾年來，二維材料二硫化鉬由于其優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和熱學(xué)特性引起了人們廣泛研究的熱潮。作為一種新材料，要實現(xiàn)二硫化鉬的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，必須首先要解決高質(zhì)量二硫化鉬的可控制備問題。本論文圍繞二硫化鉬的生長和其在場效應(yīng)晶體管方面的應(yīng)用開展了系統(tǒng)的研究工作。
　　 我們通過化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，利用可獨立控溫的三溫區(qū)管式爐，發(fā)展了一種制備大面積、高質(zhì)量單層二硫化鉬的方法。通過三氧化鉬粉末源的蒸發(fā)溫度和基片的沉積溫度等因素來控制二硫化

2、鉬形核、長大、連接、成膜的四個步驟。通過優(yōu)化生長參數(shù)，目前可以得到均勻、100％覆蓋度、大面積、高質(zhì)量、單層二硫化鉬多晶膜，單個晶粒尺寸為400-700nm。
　　 由于單層二硫化鉬表面懸掛鍵很少、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、具有直接帶隙(Eg～1.8eV)，是構(gòu)造高性能場效應(yīng)晶體管溝道材料的理想候選。我們使用直接生長在Si/SiO2表面的單層、多晶二硫化鉬薄膜加工大面積場效應(yīng)晶體管器件，單個晶體管的性能優(yōu)異，遷移率在0.06-0.6cm2/Vs

3、，電流開關(guān)比為～106。利用單晶疇的單層二硫化鉬薄片加工的場效應(yīng)晶體管具有更加優(yōu)異的特性:開關(guān)比約為106，遷移率為～8.2 cm2/Vs，可以和機(jī)械剝離的單層二硫化鉬場效應(yīng)晶體管性質(zhì)相比擬。為了減小接觸電阻對器件電學(xué)性能的影響，我們使用鈦作為接觸金屬，發(fā)現(xiàn)了單晶疇場效應(yīng)晶體管的I-V曲線中電流表現(xiàn)出飽和趨勢。結(jié)果表明金屬鈦作接觸金屬時，可以有效得降低金屬和半導(dǎo)體之間的肖特基勢壘的高度。這些工作為未來晶片規(guī)模集成二硫化鉬場效應(yīng)晶體管器件