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科研动态
黄楚云教授团队突破了MoS2基p型场效应管的肖特基结势垒难以调控的瓶颈


    (马新国  报道)具有几埃厚度的二维半导体材料过渡金属硫化物,如MoS2,存在的X–M–X三明治结构,具有良好的电输运、光学和机械性能,是一类极具潜力的下一代电子器件的关键材料。自从2011年基于单层MoS2的场效应管被制作以来,室温下开关比(on/off)已达到108,认为有望替代硅,克服短沟道效应并继续缩小场效应管。但是想实现真正高性能的MoS2基的短沟道场效应管还面临很多挑战,例如本征MoS2与金属(Pt, Au, Al)接触电阻很大,现在没有可靠易操作的方法在纳米尺度下对二维材料与金属的肖特基势垒进行精准可控的调控,尤其是p型电输运的场效应管。

    黄楚云教授团队的马新国博士提出了一种用于场效应管的MoS2基的肖特基结能带调控新途径,即采用非对称性掺杂实现了MoS2p型效应管的肖特基结势垒的有效调控。基于场效应管电子或者空穴的输运通道与肖特基肖势垒的高度具有相关性,他们将二维片层结构的超高导电率特性的石墨烯引入,替代过去经常使用的金属Pt等,形成MoS2与石墨烯的肖特基结。事实上,更早的时候,该团队已经研究了MoS2与石墨烯界面之间的距离与能带结构之间的关系,以及石墨烯表面氧原子物种对肖特基结功函数的影响(Phys. Chem. Chem. Phys., 2018, 20, 1974)

现在为了克服p型场效应管的限制,他们将Se元素替代MoS2中的硫原子有效的改变了MoS2与石墨烯界面的势垒。采用的非对称掺杂模式(界面内替代或者界面外替代),一方面影响了界面结合的作用力,另一方面可以决定肖特基势垒的类型和高度。当界面内Se替代S时,随着Se杂质浓度的提高,肖特基势垒将由n型转变成p型,而且获得非常小的p型肖特基势垒,这有利于电荷的传输。最后证实了界面电荷的重新分布是导致肖特基结费米能级移动的原因,从而决定肖特基势垒的类型和高度。

        加拿大皇家院士Federico Rosei教授认为“非对称掺杂概念”将对进一步设计MoS2基的场效应管具有重要的指导意义。该工作完成,解决了MoS2p型效应管的肖特基结势垒难以调控的问题。该工作的第一作者是研究生胡吉松,通讯作者是马新国博士。

    该工作发表在英国皇家学会Journal of Materials Chemistry C杂志上(中科院1区,影响因子6.641)。题目是“A promising strategy to tune the Schottky barrier of a MoS2(1-x)Se2x/graphene heterostructure by asymmetric Se doping” , J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 7798-7805. DOI: 10.1039/c9tc01873e

 

论文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/TC/C9TC01873E#!divAbstract