国产二维半导体材料低功耗器件架构方面取得进展!

近日,北京科技大学张铮教授团队和张跃院士团队在二维半导体材料低功耗器件架构方面取得进展。研究成果以“自偏置二硫化钼晶体管基同质结负载型反相器用于亚皮瓦级计算”为题,于2024年1月8日发表在《自然·电子》上。

高耐压氧化镓射频场效应晶体管

超宽禁带氧化镓是发展新型大功率电力电子和射频器件的新一代先进战略性电子材料。近年来,得益于单晶衬底制备及n型掺杂技术的进步,氧化镓在电力电子器件领域取得了突破性的进展,然而氧化镓体掺杂沟道较厚,亚微米以下栅长器件短沟道效应严重,频率性能受限。南京电子器件研究所联合南京大学、上海微系统所、天津电子材料研究所,突破了氧化镓上低能离子注入沟道技术,实现了高浓度的类二维电子气超薄导电沟道,研制出高击穿电压的氧化镓射频场效应晶体管[1]。

中日科学家研究出新型二维材料半导体量子晶体管

中国科学技术大学郭国平教授研究组与日本国立材料研究所等机构学者合作，于国际上首次在半导体柔性二维材料体系中实现了全电学调控的量子点器件，这种新型半导体量子晶体管为制备柔性量子芯片提供了新途径。国际权威学术期刊《科学》子刊《科学·进展》日前发表了该成果。

中科院二维材料半导体量子晶体管研究获进展

中国科学院量子信息重点实验室在半导体门控量子点的研究中取得新进展.研究人员研究了二维层状过渡金属硫族化合物应用于半导体量子芯片的可能性,实验上首次在半导体柔性二维材料体系中实现了全电学调控的量子点器件.

核酸适体功能化的二维材料场效应晶体管传感器研究进展

二维材料场效应晶体管传感器具有可调的电学性质和高的灵敏度,非常适合用于构建高性能的传感器,应用于疾病诊断和环境监测等领域.核酸适体是一种生物识别分子,具有特异性强、稳定性高等优势.近年来,核酸适体功能化的二维材料场效应晶体管传感器在医疗诊断和环境监测等领域取得了显著的研究进展.本文综合评述了核酸适体功能化的二维材料场效应晶体管传感器的最新研究进展,对场效应晶体管传感器的结构及传感原理进行了概括,详细介绍了二维材料的制备方法以及核酸适体功能化器件的设计原理.在此基础上,对核酸适体功能化的二维材料场效应晶体管传感器在疾病诊断和环境监测领域的应用进展进行了概述,讨论了核酸适体功能化的二维材料场效应晶体管传感器面临的一些问题和挑战,对其发展前景进行了展望.

科学家成功制备二维黑磷场效应晶体管

记者从中国科学技术大学获悉，该校微尺度物质科学国家实验室陈仙辉教授课题组与复旦大学张远波教授、封东来教授和吴骅教授课题组合作，在二维类石墨烯场效应晶体管研究中取得重要进展，成功制备出具有几个纳米厚度的二维黑磷场效应晶体管。研究成果近日在线发表在《自然·纳米科技》杂志上。

科学家制备出二维黑磷场效应晶体管

近日,记者从中国科学技术大学获悉,该校微尺度物质科学国家实验室教授陈仙辉课题组与复旦大学教授张远波、封东来和吴骅课题组合作,制备出具有几个纳米厚度的二维黑磷场效应晶体管。研究成果近日在线发表在《自然纳米科技》杂志上。

垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管

基于二维材料的场效应晶体管在超大规模集成技术方面具有非常大的应用潜力,因此开发高性能的短沟道二维半导体场效应晶体管是构建超大规模集成的必经之路.对于二维材料,获得10 nm以下沟道长度的二维半导体晶体管难度较大,目前很少有稳定制备亚10 nm二维半导体晶体管的方法.本文使用石墨烯作为接触材料,氮化硼作为间隔,可以稳定制备垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管.基于此方法,制备了8 nm氮化硼间隔的垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管.该器件展现出良好的开关特性,在不同的源漏电压下其开关比大于10^(7);同时关态电流小于100 fA/μm,对源漏直接隧穿效应有很好的抑制作用.此外,该方法同样适用于其他二维半导体短沟道晶体管的制备,为快速筛选出可适用于超大规模集成的二维材料提供了一种有效途径.

基于二维半导体的模拟电路最新进展

摩尔定律驱动的器件持续微缩已经开始给硅基晶体管的模拟性能带来潜在问题,其中本征增益作为最重要的模拟指标会随着技术节点的缩小而降低。二维半导体因其平坦的界面、原子级厚度的几何结构,允许极好的栅静电控制,并且不受短通道效应的影响而引起了广泛的关注。这些优异的特性使二维半导体在提高模拟电路性能中表现出巨大的潜力。本文中,我们回顾了基于二维半导体的模拟电路的最新研究进展。文章首先介绍了衡量模拟电路性能的重要指标,然后重点介绍了基于二维半导体的单级放大器的实现、接触工程、和互补技术,并进一步讨论了基于二维晶体管的复杂电路,如电流镜、运算放大器、射频电路。最后我们讨论了基于二维晶体管的模拟电路的应用前景和面临的关键挑战。

二硫化钼场效应晶体管金属接触的研究进展

二硫化钼(MoS2)作为一种代表性的半导体二维原子晶体材料,具有优异的物理及电学特性,这使其在光电器件尤其是逻辑器件的应用中具有广泛的前景。总结了MoS2的表面电荷转移掺杂和替位掺杂,并分析了不同掺杂方法的优劣,同时介绍了降低费米能级钉扎效应的两种接触电阻的优化方法。依据肖特基理论改变金属功函数可以调节金属与MoS2的肖特基势垒高度,但由于金属与MoS2之间存在费米能级钉扎效应,接触时会产生较大的肖特基势垒,降低载流子的发射效率,从而增加金属与MoS2之间的接触电阻。最后,指出MoS2器件接触电阻的研究趋势并展望了MoS2的应用前景。

分子束外延AlGaN/GaN异质结场效应晶体管材料

用自组装的氨源分子束外延 (NH3-MBE)系统和射频等离子体辅助分子束外延 (PA-MBE)系统在 C面蓝宝石衬底上外延了优质 Ga N以及 Al Ga N/Ga N二维电子气材料。Ga N膜 (1 .2 μm厚 )室温电子迁移率达3 0 0 cm2 /V· s,背景电子浓度低至 2× 1 0 1 7cm- 3。双晶 X射线衍射 (0 0 0 2 )摇摆曲线半高宽为 6arcmin。 Al Ga N/Ga N二维电子气材料最高的室温和 77K二维电子气电子迁移率分别为 73 0 cm2 /V·s和 1 2 0 0 cm2 /V· s,相应的电子面密度分别是 7.6× 1 0 1 2 cm- 2和 7.1× 1 0 1 2 cm- 2 ;用所外延的 Al Ga N/Ga N二维电子气材料制备出了性能良好的 Al Ga N/Ga N HFET(异质结场效应晶体管 ) ,室温跨导为 5 0 m S/mm(栅长 1 μm) ,截止频率达 1 3 GHz(栅长 0 .5μm)。该器件在 3 0 0°C出现明显的并联电导 。

复旦大学发现新型二维半导体材料黑磷

近年来，二维晶体材料因其优越的电气特性，成为半导体材料研究的新方向。继石墨烯、二硫化钼之后，在《自然·纳米技术》杂志上，复旦大学物理系张远波教授课题组发现了一种新型二维半导体材料一一黑磷，并成功制备了相应的场效应晶体管器件，它将有可能替代传统的硅，成为电子线路的基本材料。

量子点场效应单光子探测器二维电子气载流子浓度研究

设计了一种基于场效应晶体管的量子点场效应单光子探测器(quantum dot field effect transistor,QDFET),建立了二维电子气(two-dimensional electron gas,2DEG)的薛定谔方程和泊松方程,通过对薛定谔方程和泊松方程的自洽求解,对2DEG的载流子浓度进行了模拟。模拟结果显示,AlGaAs的Al组分、δ掺杂层的掺杂浓度以及隔离层的厚度对于2DEG的载流子浓度均有影响。为了使2DEG具有较高的载流子浓度,AlGaAs的Al组分应为0.2~0.4,δ掺杂浓度应为6~8×10^(13)/cm^2,隔离层厚度应在50nm以下。通过对2DEG的载流子浓度进行研究,可以掌握2DEG载流子浓度的影响因素,从而通过优化QDFET结构,可提高2DEG的载流子浓度。这对于高灵敏度QDFET的制备具有重要的意义和应用价值。

又一个要取代硅的新型二维半导体：黑磷

今年来，二维半导体材料因其优越的电气性能成为半导体材料研究的新方向。继石墨烯、二硫化钼之后，近日，在《自然·纳米材料》杂志上，复旦大学物理系张远波教授课题组发现了新型二维半导体材料一黑磷，并成功制备了相应的场效应晶体管器件，它将有可能替代传统的硅，成为电子线路的基本材料。

北京大学高性能二维半导体新材料展现出优异性能

近日，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授课题组与合作者首次发现一类同时具有超高电子迁移率、合适带隙、环境稳定和可批量制备特点的全新二维半导体（硒氧化铋，Bi2O2Se），在场效应晶体管器件和量子输运方面展现出优异性能。

范德瓦尔斯异质结柔性晶体管在动态应变下的电学性能测量

传统电子器件主要由硅基等无机半导体材料以及硬质高分子绝缘衬底材料组成,是现有电子技术的基础。虽然传统电子技术已经发展成熟,但由于材料的限制,导致在柔性电子领域方面,其应用尚存在一定的局限性。而二维材料拥有高结晶性、近乎完美的晶格结构、原子级的厚度与高的机械拉伸强度,并且表现出优异的电荷传输性质,使其在柔性电子领域具有应用前景。该文利用石墨烯、二硫化钼与六方氮化硼优异的机械性能,采取机械剥离法与干法转移,制备基于二硫化钼的场效应晶体管,并采取自主搭建的柔性测试平台,测试了器件的柔性电学性能。测试结果表明,设计的二维异质结晶体管在静态测试条件下,电学性能只有微小变化;但在动态测试条件下,由于层与层之间的范德瓦尔力太小,层与层之间发生滑动或位移,使得器件的电学性能出现较大变化。

铁电负电容场效应晶体管研究进展

铁电负电容场效应晶体管可以突破传统金属氧化物半导体场效应晶体管中的玻尔兹曼限制,将亚阈值摆幅降低到60 mV/dec以下,极大地改善了晶体管的开关电流比和短沟道效应,有效地降低了器件的功耗,为实现晶体管特征尺寸的减小和摩尔定律的延续提供了选择.本文分析总结了国内外近年来关于铁电负电容场效应晶体管代表性的研究进展,为进一步研究提供参考.首先介绍了铁电负电容场效应晶体管的研究背景及其意义;然后总结了铁电材料的基本性质和种类,并对铁电材料负电容的物理机制和铁电负电容场效应晶体管的工作原理进行了讨论;接下来从器件沟道材料维度的角度,分别总结了最近几年基于三维沟道材料和二维沟道材料且与氧化铪基铁电体结合的铁电负电容场效应晶体管的研究成果,并对器件的亚阈值摆幅、开关电流比、回滞电压和漏电流等性能的改善进行了分析概述;最后对铁电负电容场效应晶体管目前存在的问题和未来的发展方向作了总结与展望.

碲化锗场效应晶体管的制备及电学性能

采用微机械剥离法得到横向尺寸为10μm的碲化锗(GeTe)纳米片.通过电子束曝光和真空溅射镀膜的方法,以钛金合金为接触电极,制备基于二维碲化锗(2D-GeTe)纳米材料的场效应晶体管(FET),并测定了其电学性能.结果表明,剥离所得GeTe纳米材料具有良好的结晶性,光学带隙为1.98 eV,属于p型半导体;该场效应晶体管展现出了6.4 cm^2·V^‒1·s^‒1的载流子迁移率和670的开关电流比的良好电学性能.

In_(0.5)Ga_(0.5)P/GaAs二维空穴气p沟异质结场效应管

提出了一种新颖的 Ga As基 p沟异质结场效应管 (p HFET)概念 ,器件采用了 In0 .5Ga0 .5P/ Ga As异质系统及二维空穴气 (2 DHG)原理以改善 Ga As的空穴输运特性。据此原理研制的器件可在室温下工作 ,其实验结果为 :室温下 ,饱和电流 Idss=6 1m A/ mm,跨导 gm=4 1m S/ mm;77K下 ,饱和电流 Idss=94 m A/ mm,跨导 gm=6 1m S/ mm。预计该器件在微波和数字电路中极佳的电流密度及高频增益 ,因而具有良好的应用潜力。

Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs异质结构二维电子气晶体管(TEGFET)

制备了耗尽型和增强型TEGFET,耗尽TEGFE单栅长1μm,其室温跨导g_m=90mS/mm;双栅栅长均为2μm。g_m=75mS/mm。双栅的结果优于本实验室相同结构与尺寸的离子注入型常规双栅MESFET与高掺杂沟道MIS结构肖特基势垒FET的实验结果。双栅耗尽型器件在77K下跨导增加到1.7倍。双栅增强型的TEGFET在室温0.6V栅偏压下,g_m=63mS/mm,在77K下增加到1.4倍。如器件中出现平行电导时,则器件性能退化,它不但使跨导降低,且随栅编压变化很大。文中讨论了这一现象。