杂质吸附对背栅MoS2场效应晶体管电学性能的影响

为了探究MoS2(二硫化钼)薄膜吸附的杂质分子对载流子输运以及相关器件的电学性能造成的影响,制备了多层MoS2背栅场效应晶体管。实验结果表明:当MoS2器件的沟道暴露在空气中时,在不同的偏压条件和扫描条件下,器件表现出不同的回滞窗口和不同的亚阈值斜率。因此,只有减小了外界吸附分子的影响,才能获得具有稳定电学性能的MoS2器件,并确保迁移率、亚阈值斜率、开启电压等重要电学参数的可靠性。

氧等离子处理的二硫化钼场效应晶体管表面掺杂和湿度传感研究

二维半导体过渡金属二硫属化物(transition metal dichalcogenide,TMD)具有独特的电学、光学和力学性能,在数字电路、光伏器件和能量存储等多个领域中具有巨大的应用潜力。通过表面掺杂控制TMD的电学性能为实现灵敏传感提供了有效的方法。本文开展了氧等离子体对二硫化钼(MoS_(2))掺杂特性的研究。首先,测试了MoS_(2)场效应晶体管(field-effect transistor,FET)的输运特性,发现氧等离子体处理对FET具有p型掺杂作用。随后,通过拉曼光谱研究了掺杂机制的成因,并证实了沟道表面类MoO_(3)缺陷的形成。最后,研究了经等离子体处理的晶体管的湿度传感特性,由于氧等离子体处理使得沟道对水分子的吸收中心增加,在潮湿环境下晶体管具有十分灵敏的响应特性,源漏电流值变化了约54%。这项工作不仅提供了一种调控TMD电学性能的简单方法,也展示了低维材料化学传感器的发展潜力。

具有86 mV/dec亚阈值摆幅的MoS_2/SiO_2场效应晶体管（英文）

在SiO_2/Si(P^(++))衬底上制备了多层MoS_2背栅器件并进行了测试.通过合理优化和采用10 nm SiO_2栅氧,得到了良好的亚阈值摆幅86 mV/dec和约107倍的电流开关比.该器件具有较小的亚阈值摆幅和较小的回滞幅度,表明该器件具有较少的界面态/氧化物基团吸附物.由栅极漏电造成的漏极电流噪声淹没了该器件在小电流(~10^(-13)A)处的信号,限制了其开关比测量范围.基于本文以及前人工作中MoS_2器件的表现,基于薄层SiO_2栅氧的MoS_2器件表现出了良好的性能和潜力,显示出丰富的应用前景.

栅场板型Ga_(2)O_(3)MOSFET器件单粒子烧毁仿真研究

设计了1种抗单粒子烧毁(single event burnout,SEB)效应能力较强的栅场板型结构Ga_(2)O_(3)MOSFET器件,并与平面型结构进行了对比,采用基于计算机辅助设计(technology computer aided design,TCAD)的商用半导体器件仿真模拟软件研究了2款器件发生SEB前后内部载流子浓度、电流密度等电学参数分布特性,深入研究了Ga_(2)O_(3)MOSFET器件发生SEB的机理及引入栅场板结构后SEB阈值电压增大的原因。在此基础上,对器件的结构进行优化,获得了抗SEB性能较好的结构参数。研究结果表明:2款Ga_(2)O_(3)MOSFET器件发生SEB的机理都是由于其内部难以实现p型掺杂,主要是电子导电,当器件处于关断状态时,栅极下方会形成耗尽区,而重离子入射碰撞离化产生的电子在耗尽区的积累会对衬底层中电子通道的开启具有显著影响。当器件发生SEB时,源极的电子会通过V型的电子通道流向漏极,使得器件发生短路,产生大电流并烧毁;与平面型Ga_(2)O_(3)MOSFET器件相比,引入栅场板结构的器件在沟道区域的峰值电场强度由2.9 MV·cm^(-1)降低至1.7 MV·cm^(-1),从而降低了重离子入射器件后,碰撞离化产生载流子的速率,另一方面,引入栅场板结构也扩大了耗尽区的范围,使得栅极的控制能力增强,将器件发生SEB的阈值电压从110 V提升至340 V;最后通过仿真优化SiO_(2)钝化层的厚度以及栅场板的长度,得到了抗SEB能力更强的器件结构参数,进一步将器件SEB阈值电压提升至380 V。

冠醚功能化的栅控石墨烯场效应晶体管的制备及对汞离子的检测

Hg^(2+)是一种具有生物蓄积性和毒性的重金属,对环境和人类健康均可造成严重损害.因此,开发便捷的Hg^(2+)传感器非常必要.本文基于溶液栅控石墨烯场效应晶体管的优异性能,通过氮硫杂冠醚的尺寸效应以及冠醚与Hg^(2+)的螯合作用来特异性识别Hg^(2+),制备了一种冠醚功能化栅极的溶液栅控石墨烯场效应晶体管(SGGT)传感器.该SGGT传感器因其固有的信号放大功能而比传统电化学检测Hg^(2+)更灵敏,其检出限为1×10^(−12) mol/L,比传统电化学传感器降低了2~3个数量级,在1×10^(−12)~1×10^(−7) mol/L检测范围内,狄拉克点的变化值与目标物浓度的对数值之间存在良好的线性关系,同时具有极高的选择性.对实际湖水样品的检测效果良好,对Hg^(2+)的检测标准偏差为1.10%~3.77%.本文结果表明,该晶体管传感器可以对Hg^(2+)进行高选择和高灵敏检测.

单壁碳纳米管随机网络场效应晶体管

使用超声分散CVD法合成的商用单壁碳纳米管(SWCNT),利用匀胶机把分散获得的、含有SWCNT的悬浮液均匀旋涂于SiO2/Si基上,利用萌罩式电子束蒸发技术在碳纳米管随机网络薄膜表面制备漏源Au电极。该制备技术避免了碳纳米管器件更多的化学接触,有效确保碳纳米管的纯度。该碳纳米管场效应晶体管器件采用重掺杂Si作为背栅、SWCNT随机网络薄膜为导电沟道。在室温环境下利用Keithley-4200对器件性能进行了测试分析,器件开启电流约为1μA,峰值跨导为326nS。该方法制备的SWCNT随机网络场效应晶体管,具有工艺实现简单、器件性能稳定、重复性和一致性好等特点,并可以用于构建CNT逻辑电路。该技术对于研究低成本、大规模基于CNT的集成电路来说,具有较高的借鉴价值。

石墨烯场效应晶体管的光响应特性研究

采用电子束曝光和剥离工艺制备石墨烯场效应晶体管,并研究其光电响应特性。结果表明,当激光光斑(波长为633 nm)照射在金属电极边缘的石墨烯沟道时,可测得明显的光电流。背栅电压能够有效调制光电响应,可以改变光电流的大小和方向。在背栅调控下,光电流出现饱和现象,石墨烯晶体管的光响应度最大达到46.5μA/W,可用于构建基于石墨烯的新型光探测器。

杂质对二硫化钼场效应晶体管磁滞效应的影响

二硫化钼(Mo S_2)具有优异的理化性能,但是磁滞效应限制了其在半导体器件上的大量应用。研究了化学气相沉积法(CVD)生长的Mo S2薄膜制备的悬置和非悬置场效应晶体管在室温下(20℃左右)的电学特性曲线。发现非悬置场效应晶体管和悬置场效应晶体管中都存在磁滞现象,但是非悬置场效应晶体管的磁滞现象比悬置场效应晶体管更强。说明在样品制备过程中引入的水分子和氧分子等杂质吸附在样品表面和衬底与样品之间的界面上,这些杂质能从沟道材料的导带中转移电子充当载流子导致了磁滞效应的发生。

面向生物分子检测的MoS_2膜流体场效应管的制备

为提高生物分子检测的灵敏度,通过氮化硅基底的制备、二硫化钼(MoS_2)薄膜的铺陈以及金属电极的制备等步骤研制了MoS_2流体场效应管.将制备好的场效应管进行电学表征并分别在空气和浸润环境中进行性能测试.实验结果表明:当背栅电压为0 V时,漏极电流与电压呈线性关系,电极与二硫化钼样品之间的接触为欧姆接触;用机械剥离方法制备出的MoS_2薄膜为单层;浸润环境下场效应管上二硫化钼的电阻比空气中的小,这是由于浸润环境下样品杂质掺杂浓度提高所致;随着液栅电压的增加,漏极电流与电压的曲线斜率也会随之增加,场效应增强.作为一种新型的二维材料,二硫化钼可以用来制备流体场效应管和提高生物分子检测的灵敏度.

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。

二硫化锡薄膜场效应晶体管的可见光探测特性

采用化学气相输运(CVT)法和微机械剥离技术制备了SnS_(2)薄膜,使用Au电极作为源、漏电极,n型重掺杂Si作为栅极,制备了基于SnS_(2)薄膜的背栅型场效应晶体管(FET),并研究了其电学特性和可见光探测特性。结果表明,制备的SnS_(2)薄膜具有良好的结晶度,SnS_(2)薄膜背栅型FET具备良好的栅压调控特性。器件对波长为405 nm的蓝紫光表现出明显的光响应,光响应度高达456.82 A·W^(-1),外量子效率为1.40×10^(5)%,比探测率为7.12×10^(12)Jones,并且具有较快的光响应速度,上升和下降响应时间分别为1 ms和0.5 ms。器件的光探测性能受栅压调控,当栅压为40 V时,器件的光响应度可达730 A·W^(-1)。

GaAs MESFET中的背栅效应

随着集成电路集成度的提高 ,器件间距不断减小 ,在 Ga As MESFET中产生了一种被称为背栅效应的有害寄生效应。由于器件间距越来越小 ,某一个器件的电极可能就是另一个器件的背栅 ,背栅效应影响了集成电路集成度的提高 ,因此背栅效应在国内外引起了重视。

P沟耐熔金属自对MOS场效应晶体管

本文讨论和实验了P沟Mo栅自对MOS场效应晶体管的制造技术。获得了良好的P沟器件。鉴定了包括结特性、阈值电压、稳定性、有效沟道迁移率和Si—SiO2介面研究在内的器件特性,并与理论推算值做了比较。采用这种简单程序制造的场效应晶体管的阈值电压,依据Mo和Si—SiO2系统的固有特性,可以予先控制。在低电场情况下,有效迁移率的理论推算值与实验数据相吻合,但在高电场时理论推算值则太低了。结构类似的集成电路与TTL匹配,其阈值重复性良好,同时在加速温度——偏压寿命实验中是稳定的。

电阻耦合型神经MOS晶体管及其差分四象限模拟乘法器

电阻耦合型神经 MOS晶体管是在电容耦合 (浮栅 )型神经 MOS晶体管基础上提出来的 ,它克服了电容耦合型神经 MOS晶体管中由于电容耦合而产生的缺点。文中介绍了电阻耦合型神经 MOS晶体管的基本结构和特点 。

采用T型栅结构的高性能Ga2O3 MOSFET

基于n型β-Ga2O3制备了具有T型栅结构的高性能Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在Fe掺杂的半绝缘β-Ga2O3衬底上同质外延生长200 nm厚的Si掺杂n型β-Ga2O3沟道层,掺杂浓度为5×10^17 cm^-3。器件采用栅长为1μm的T型栅结构,栅源间距为2μm,栅漏间距为18μm;采用原子层沉积(ALD)法生长的高介电常数氧化铪(HfO2)作为栅介质。研制的器件漏源饱和电流密度达到115.8 mA/mm,比导通电阻为52.82 mΩ·cm^2。T型栅结构有效抑制了Ga2O3沟道中的峰值电场强度,提升了器件的耐压特性;而高介电常数的HfO2介质有效降低了器件的漏电流,器件的击穿电压达到1953 V,开关比高达109,器件功率品质因子为77.2 MV/cm^2。

氧化锌纳米线晶体管的电学特性研究

成功制作了氧化锌纳米线沟道场效应晶体管器件,所制作器件的电学性能通过I-V测试进行了分析。使用了水浴法生长了单晶性完整的氧化锌纳米线,该纳米线被用作背栅场效应晶体管的沟道,采用光刻方式制备的器件具有良好的直流特性,进行退火后进一步改善器件的源漏接触,提高器件性能,最终制备成功的场效应晶体管显示出p型MOS的特性,其开关态电流比达到105。在Vds=2.5 V时,跨导峰值为0.4μS,栅氧电容约为0.9 fF,器件夹断电压Vth为0.6 V,沟道迁移率约为87.1 cm2/V.s,计算得到氧化锌纳米线载流子浓度ne=6.8×108 cm-3。在Vgs=0 V时,器件沟道电阻率为100Ω.cm。

利用FN振荡电流测量薄栅MOS结构栅氧化层中隧穿电子的有效质量

给出了一种利用 FN振荡电流的极值 ,测量电子在薄栅 MOS结构的栅氧化层中的平均有效质量方法 .利用波的干涉方法来处理电子隧穿势垒的过程 ,方便地获得了出现极值时外加电压和电子的有效质量之间的分析表达式 .用干涉方法计算所得到的隧穿电子在不同的 MOS结构的二氧化硅介质层中的有效质量表明 :它一般在自由电子质量的 0 .5 2— 0 .84倍的范围 .实验结果表明 :电子有效质量的值不随外加电压的变化而变化 ,并且对于相同的MOS结构 。

粗糙界面对超薄栅MOS结构的直接隧穿电流的影响

研究了粗糙界面对电子隧穿超薄栅金属 -氧化物 -半导体场效应晶体管的氧化层的影响 .对于栅厚为 3nm的超薄栅 MOS结构的界面用高斯粗糙面进行模拟来获取界面粗糙度对直接隧穿电流的影响 ,数值模拟的结果表明 :界面粗糙度对电子的直接隧穿有较大的影响 ,且直接隧穿电流随界面的粗糙度增加而增大 ,界面粗糙度对电子的直接隧穿的影响随着外加电压的增加而减小 .

使用Y函数方法提取MoS2 FET双向扫描电学参数

利用机械剥离法制备了多层背栅MoS_2场效应晶体管（FET）,通过双向栅压扫描提取了器件的转移特性曲线,并利用Y函数方法提取了器件的电学参数。结果表明,利用Y函数法提取的载流子迁移率值明显大于利用跨导法提取的载流子迁移率值。这两种提取方法的不同之处在于Y函数方法考虑了寄生电阻的影响,而跨导法则将其忽略了,这说明寄生电阻带来的影响是显著的。此外,该器件在双向扫描过程中出现了明显的回滞特性,这主要是MoS_2材料吸附外界杂质电荷造成的。无论采用跨导法还是Y函数方法,其正向扫描和反向扫描时对应的电学参数都不完全一致。这表明在分析MoS_2 FET的电学性能时,除了考虑器件的寄生电阻外,还需要考虑界面电荷的影响。

用于FET的PECVD SiN_x掺杂MoS_2的有效性与可控性

通过化学气相沉积(CVD)工艺成功生长出少层MoS_2薄膜,用Raman光谱仪对材料进行表征,验证了三层MoS_2材料的存在。基于CVD生长出的三层MoS_2薄膜材料完成了背栅场效应晶体管(FET)的制作工艺研发。对MoS_2FET器件进行了电学特性表征,研制的MoS_2FET器件的开关比可达到1.45×10~6,器件的电子载流子场效应迁移率约为1 cm^2·V^(-1)·s^(-1)。对等离子增强化学气相沉积(PECVD)氮化硅(SiN_x)工艺掺杂MoS_2材料进行了研究,掺杂后器件的驱动电流提高了3倍多,验证了SiN_x掺杂MoS_2材料的有效性。通过控制PECVD SiN_x时间工艺参数对SiN_x薄膜厚度与掺杂浓度的关系进行了研究,随着SiN_x薄膜厚度增加器件的驱动电流逐渐增强,验证了SiN_x掺杂MoS_2材料的可控性。最后,对PECVD SiN_x工艺掺杂MoS_2材料的机理进行了讨论。