国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

研究背景

隨著電子器件尺寸不斷縮小，為了提高器件性能并降低功耗，對(duì)于高柵電容的需求越來(lái)越迫切。然而，傳統(tǒng)的三維介電材料與二維半導(dǎo)體的集成面臨諸多挑戰(zhàn)，包括界面質(zhì)量降低和表面損傷等問(wèn)題。傳統(tǒng)的三維介電材料在與無(wú)懸鍵表面的二維半導(dǎo)體集成時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)非均勻成核和表面損傷等問(wèn)題，限制了器件性能的提升。同時(shí)，對(duì)于高介電常數(shù)介電材料的選擇，需要平衡帶隙與介電常數(shù)之間的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)在單一微型器件平臺(tái)上集成多功能。

成果簡(jiǎn)介

為解決以上問(wèn)題，復(fù)旦大學(xué)方曉生教授團(tuán)隊(duì)等人進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)。他們探索了各種高介電常數(shù)介電材料，并通過(guò)溫和的轉(zhuǎn)移方法，將其成功集成到二維通道材料上，避免了傳統(tǒng)沉積方法中的非均勻成核和表面損傷問(wèn)題。最終相關(guān)成果以題為“Two-dimensional perovskite oxide as a photoactive high-κ gate dielectric” 發(fā)表于Nature Electronics。研究人員選擇了二維鈣鈦礦氧化物Sr₂Nb₃O₁₀（SNO）作為介電材料，該材料具有高介電常數(shù)、適中帶隙、分層結(jié)構(gòu)和高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。通過(guò)溫和的轉(zhuǎn)移方法，成功將SNO集成到各種二維通道材料上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)器件性能的顯著提升。

復(fù)旦大學(xué)，最新Nature Electronics！2D鈣鈦礦氧化物SNO助力高性能光電器件！

圖文導(dǎo)讀

為了研究二維介電SNO納米片的制備和表征過(guò)程，研究者在圖1首先展示了SNO納米片的制備和器件制備過(guò)程的示意圖（見圖1a），然后通過(guò)原子力顯微鏡（AFM）觀察到SNO納米片的表面光滑且厚度極?。ㄒ妶D1b），透射電子顯微鏡（TEM）圖像展示了SNO納米片的矩形形狀和晶格結(jié)構(gòu)（見圖1c–g）。其中，高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像顯示了SNO納米片具有良好的晶格結(jié)構(gòu)，并且選區(qū)電子衍射（SAED）圖案清晰可見，證明了SNO納米片的高質(zhì)量制備。此外，能量色散X射線光譜（EDS）和X射線光電子能譜分析證實(shí)了SNO納米片的化學(xué)組成，并且X射線衍射（XRD）圖案進(jìn)一步表征了SNO納米片的晶體結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果揭示了SNO納米片的制備過(guò)程和其在器件制備中的重要性，為后續(xù)的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此外，液相剝離方法的可擴(kuò)展性和易操作性使得SNO納米片成為了大面積功能薄膜的理想構(gòu)建塊，為未來(lái)的電子學(xué)和光電子學(xué)研究提供了新的可能性。

圖1. SNO納米片的制備和表征

圖2展示了SNO的介電性質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)中，研究者構(gòu)建了雙柵石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），將SNO納米片與石墨烯通道集成，采用傳遞方法。圖2a展示了典型雙柵石墨烯FET的示意圖和光學(xué)圖像，其中SNO納米片作為頂部柵介質(zhì)。通過(guò)調(diào)節(jié)頂部和背部柵電壓，研究者能夠有效地調(diào)制通道內(nèi)的載流子。圖2b顯示了典型雙柵石墨烯FET的總電阻隨背部柵電壓的變化情況。結(jié)果表明，頂部柵電壓能夠有效地調(diào)制通道內(nèi)的載流子。圖2c展示了背部柵達(dá)克點(diǎn)電壓隨頂部柵電壓的變化情況，證明了頂部柵電壓的有效調(diào)制作用。通過(guò)測(cè)量不同厚度的SNO納米片作為頂部柵介質(zhì)的雙柵石墨烯FET，研究者得出了SNO的有效介電常數(shù)為24.6，高于常用的高κ介質(zhì)Al2O3和HfO₂，表明了2D鈣鈦礦氧化物作為高κ介質(zhì)的潛力。此外，研究者還測(cè)量了SNO的光學(xué)帶隙和電導(dǎo)率，結(jié)果表明SNO具有良好的電介質(zhì)特性。

圖2. SNO的介電性質(zhì)

研究人員制備了雙柵MoS₂光電晶體管，以評(píng)估具有SNO介質(zhì)的器件性能。在該器件中，SNO和300 nm厚的SiO₂被用作頂部和背部柵介質(zhì)。通過(guò)將SNO轉(zhuǎn)移到機(jī)械剝離的MoS₂通道上并形成金屬接觸點(diǎn)，構(gòu)建了雙柵器件。交叉的透射電子顯微鏡和EDS映射揭示了SNO柵介質(zhì)和MoS₂通道具有典型的層狀結(jié)構(gòu)和清晰平坦的表面。圖3b,c顯示了器件結(jié)構(gòu)的剖面和元素分布，證明了轉(zhuǎn)移集成過(guò)程不會(huì)損傷二維材料的結(jié)構(gòu)。此外，SNO介質(zhì)與MoS₂通道之間的小間隙降低了柵漏電流。圖3d中的能帶圖顯示了足夠大的導(dǎo)帶偏移，有利于減少施特基發(fā)射漏電流。圖3d–f展示了MoS₂晶體管的電學(xué)特性，包括典型的n型特性和低漏電流。通過(guò)頂部和背部柵電壓的調(diào)控，器件實(shí)現(xiàn)了高開關(guān)比和低亞閾值擺幅，表明SNO是一種潛在的高κ介質(zhì)?？傮w而言，這項(xiàng)研究為SNO在光電子器件中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，為二維電子學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了新的可能性。

圖3. 具有SNO頂柵介電層的雙柵MoS₂光電晶體管

圖4中展示了MoS₂光電晶體管在不同頂柵電壓（VTG）下，經(jīng)過(guò)光開關(guān)周期的時(shí)間分辨IDS和IGS曲線。在600nm可見光和300nm紫外光照射下，研究人員觀察到不同的電流響應(yīng)。在圖4a和b中，當(dāng)VTG > Vth時(shí)，光電晶體管顯示出高IDS和可忽略的Iphoto/Idark。而當(dāng)VTG < Vth時(shí)，光電晶體管進(jìn)入耗盡狀態(tài)，暗電流被有效抑制，同時(shí)在可見光和紫外光照射下，IDS迅速增加。在圖4c和d中，IGS保持在低水平，表明SNO頂柵介電體對(duì)光電晶體管的高性能具有潛在作用。圖4e顯示了暗電流（Idark）和光電流（Iphoto）隨VTG變化的依賴關(guān)系，表明頂柵調(diào)制對(duì)光電性能的影響。此外，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，提取了光電晶體管的響應(yīng)度（R）和特定探測(cè)度（D*），進(jìn)一步評(píng)估了其光電性能。圖4f展示了R和D*隨VTG的變化趨勢(shì)，表明紫外光照射下的光電性能優(yōu)于可見光。最后，圖4g提供了能帶圖，解釋了SNO作為光活性高介電常數(shù)介質(zhì)對(duì)光電晶體管性能的影響機(jī)制。

圖4. 具有SNO頂柵介電層的雙柵MoS₂光電晶體管的光響應(yīng)

圖5展示了基于WS₂通道材料的雙柵光電晶體管的電特性和光響應(yīng)。在圖5b中，通過(guò)對(duì)頂柵電壓（VTG）進(jìn)行調(diào)節(jié)，在不同背柵電壓（VBG）下繪制了器件的傳輸特性曲線。在VBG大于-10V時(shí)，器件呈現(xiàn)典型的n型特性，最大的開/關(guān)比超過(guò)了105。該器件的閾值電壓（Vth）隨著VBG的負(fù)偏移而正移，當(dāng)VBG小于-20V時(shí)，器件呈現(xiàn)p型特性，表明了WS₂通道的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。WS₂晶體管在VBG=0V時(shí)表現(xiàn)出陡峭的次閾值斜率，表明了頂柵對(duì)WS₂通道的強(qiáng)大控制能力。在可見光和紫外光的光開關(guān)周期中，WS₂光電晶體管的光電性能進(jìn)行了研究。通過(guò)可見光照射下，器件在耗盡區(qū)的暗電流顯著減小，從而獲得了最大的Iphoto/Idark。隨著VTG的正偏移，器件的Iphoto增加，而Iphoto/Idark減小。此外，在紫外光照射下，WS₂光電晶體管的IGS也顯示出明顯的光響應(yīng)。光譜響應(yīng)曲線顯示，器件的響應(yīng)度隨著VTG的正偏移而增加，并且紫外光范圍內(nèi)的響應(yīng)度明顯高于可見光范圍。

這些結(jié)果表明，基于SNO的頂柵介電體的雙柵WS₂光電晶體管展現(xiàn)出了優(yōu)異的光電性能，具有高響應(yīng)度和雙波段光檢測(cè)的潛力。在研究中，雙波段光檢測(cè)器件的概念應(yīng)用得到了證明。通過(guò)將WS₂光電晶體管依次照射600nm可見光和254nm紫外光，并記錄相應(yīng)的電輸出，證明了器件具有UV–可見雙波段光檢測(cè)性能。此種器件配置提供了單一小型化設(shè)備中的雙波段光檢測(cè)的有前途的解決方案。通過(guò)將SNO介電體與其他感興趣的通道材料集成，可以為更多應(yīng)用場(chǎng)景定制雙波段光響應(yīng)范圍，進(jìn)一步拓展了其應(yīng)用前景。

圖5. 具有SNO頂柵介電層的雙柵WS₂光電晶體管的電特性和光響應(yīng)

總結(jié)展望

本研究展示了2D鈣鈦礦氧化物Sr₂Nb₃O₁₀（SNO）作為光活性高介電常數(shù)介質(zhì)在光電晶體管中的廣泛應(yīng)用潛力。通過(guò)簡(jiǎn)單的、無(wú)損傷的集成方法，SNO與多種2D通道材料（如石墨烯、MoS₂、WS₂和WSe₂）兼容，展現(xiàn)了其作為通用光電介質(zhì)的靈活性。SNO作為頂柵介電材料，在光電晶體管中表現(xiàn)出卓越的光電性能，包括高響應(yīng)度、Iphoto/Idark比率和優(yōu)越的傳輸特性。

此外，研究團(tuán)隊(duì)成功演示了SNO-gated器件的UV-可見雙波段光檢測(cè)功能，為將單一器件用于廣泛光譜范圍的應(yīng)用提供了新的可能性。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了2D高介電材料在電子學(xué)和光電子學(xué)中的潛在應(yīng)用，并為構(gòu)建高性能、多功能的光電子器件提供了新的材料和集成策略，對(duì)未來(lái)先進(jìn)電子技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了積極的科學(xué)啟迪。

文獻(xiàn)信息

Li, S., Liu, X., Yang, H. et al. Two-dimensional perovskite oxide as a photoactive high-κ gate dielectric. Nat. Electron. (2024). 10.1038/s41928-024-01129-9.

原創(chuàng)文章，作者：Jenny（小琦），如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/03/19/1f13f38a74/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

復(fù)旦大學(xué)，最新Nature Electronics！2D鈣鈦礦氧化物SNO助力高性能光電器件！

相關(guān)推薦

復(fù)旦大學(xué)，最新Nature Electronics！2D鈣鈦礦氧化物SNO助力高性能光電器件！