Elektronisch gedrag in het 2D transitie-metaal-dichalcogenide MOS systeem

Technologische vooruitgang wordt aangedreven door het verkleinen van de
kanaallengte en de dikte van de halfgeleider die de prestaties van een MOSFET
verbeteren. 2D halfgeleiders, zoals overgangsmetaaldichalcogeniden (MX2),
zijn van der Waals (vdW) gelaagde structuren met één laag 0.7 nm dik
en zelf-beëindigde oppervlakken zonder bungelende bindingen. Ze bieden
de belofte van ultradunne kanalen met hoge mobiliteit voor toekomstige
technologieknooppunten. 2D-materialen hebben een breed scala aan fysische en
chemische eigenschappen, wat ook een grote belangstelling heeft gewekt voor
de sensoren en displaytechnologie-gemeenschappen. In werkelijkheid hebben
materiaalkwaliteit, verwerkingsproblemen en niet-ohmse contacten geresulteerd
in ondermaatse prestaties van 2D MOSFET’s. Het wordt verergerd door een
onnauwkeurig begrip van elektrostatica en ladingstransport in het kanaal.

In dit proefschrift onderzoeken, we een fundamenteel aspect van elke 2Dtransistor
− de oxide-halfgeleidervinterface. Met behulp van MOS admittantie
spectroscopie inspecteren we interface en oxide defecten (respectievelijk Dit en
Nbt) in MoS2 vlokken en MOCVD gegroeide MoS2 en WS2. We stellen een
nieuwe elektrische tekststructuur voor, de naam de rand MOS condensator, die
defecten in de MX2 bandgap kan onderzoeken. Vanwege het ontwerp worden
MOS admittantie karakteristieken erg gevoelig voor de kanaallengte van de
rand-MOS-condensator (Lch) en de in-vlak kanaalweerstand (Rch). Het gebruik
van het Silicon MOS-condensator model resulteert in een overschatting van
Dit omdat het geen rekening houdt met de afhankelijkheid van Lch en Rch.

Daarom, ontwikkelen we een nieuw MX2 MOS condensator model met 2Delektrostatica
in DC en een gedistribueerd netwerk in het AC-regime. Hiermee
bestuderen, we de sterke koppeling tussen Rch en verticale gate-elektrostatica
in een rand MOS condensator structuur. We vinden dat true Dit alleen kan
worden geëxtraheerd uit apparaten met een kort kanaal, terwijl apparaten met
een lang kanaal nuttig zijn om de mobiliteit van elektronen en gaten te evalueren.
Hiermee, wordt een exponentieel vervallen Dit van de geleidingsbandrand gevonden op de MoS2-HfO2 en MoS2-SrTiO3 interface.

We vinden ook dat de maximale ladingsdichtheid (bij accumulatie) wordt
beperkt door grensvlakresten op de oxide-halfgeleiderinterface. Om de kanalen
prestaties te verbeteren, onderzoeken we top en dual gate apparaten met
MOCVD MoS2 en WS2. Het echte potentieel van een apparaat met dubbele
gate kan worden gerealiseerd in een geschaalde configuratie van de boven
en ondergate. We hebben ook gaten transport waargenomen in dual gate
WS2 gegroeid op SiO2 met rand contacten, wat de weg effende voor ambipolaire
en p-type FET’s met 2D-materialen.