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Verbesserte diodenähnliche Trägerselektivität über eine einzelne Schicht einer mit Bornitrid modifizierten Metallhalbleiterschnittstelle

Aug 28, 2020

In den letzten Jahren haben zweidimensionale Halbleitermaterialien aufgrund ihrer hervorragenden optischen und elektrischen Eigenschaften viel Aufmerksamkeit und Forschung auf sich gezogen. Sie sind nicht nur gute Leiter und starke Lichtabsorber, sondern auch langlebig und können sich biegen, ohne zu brechen. Dies dürfte in Zukunft erhebliche Auswirkungen auf viele Anwendungen von der Quantenkommunikation bis zur flexiblen Elektronik haben. Sowohl die Industrie als auch die Wissenschaft suchen nach Materialien, mit denen schnellere und effizientere Systeme mit geringerem Stromverbrauch erzielt werden können. Einschichtiges Molybdändisulfid (MoS2) ist beispielsweise ein vielversprechender Kandidat für die nächste Generation der Nanoelektronik.

Obwohl zweidimensionale Halbleitermaterialien große Vorteile haben, gibt es einige grundlegende Herausforderungen bei ihrem Kontakt mit Metallhalbleitern (MS), was das Potenzial praktischer Leistungsanwendungen für Geräte einschränkt. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Verwendung voneinschichtiges hexagonales Bornitrid (h-BN) als Tunnelschicht kann die Schottky-Barrierehöhe effektiv verringert werden, wodurch der Kontaktwiderstand verringert wird. Um die Leistung des Metallhalbleiterkontakts weiter zu verbessern, verwendeten Professor Li Huamin und Professor Yao Fei von der State University von New York in Buffalo, USA, zweidimensionales einschichtiges hexagonales Bornitrid (h-BN) als ultradünnes Material dekorative Schicht. Auf der Grundlage der herkömmlichen MIS-Kontakttechnologie (Metal Insulator Semiconductor) wurde eine asymmetrische Vorrichtungsstruktur als Plattform zum Aufdecken des MIS-Kontakts entwickelt. Die diodenähnliche Selektivität wird durch den Trägertransport erhöht.

Um eine gleichbleibende MoS2-Qualität sicherzustellen, entwarf und fertigte das Team drei Arten von Back-Gate-Transistorstrukturen auf einem einzelnen dreieckigen MoS2-Einschichtfilm und maß die Transistorleistung unter vier verschiedenen Source-Drain-Konfigurationen. Es zeigt sich, dass der Kontaktwiderstand signifikant abnimmt, wenn Elektronen über einen MIS-Kontakt vom Halbleiter auf das Metall übertragen werden, während der Kontaktwiderstand nahezu unberührt bleibt, wenn Elektronen in umgekehrter Richtung transportiert werden. Inspiriert von der negativen Schottky-Barrierehöhe, die durch Messungen mit variabler Temperatur erhalten wurde, schlug das Team das Konzept der Trägersammelbarriere vor, um die diodenähnliche Selektivitätsverbesserungscharakteristik von MIS-Kontakten zu erklären. Diese Forschung bereichert und fördert nicht nur das Verständnis des MIS-Kontakts, sondern belegt auch die Schlüsselrolle der Drain-Sammelbarriere für die Gesamtleistung des Transistors.微信图片_20200828082709