【摘要】：二維材料被認為是開發(fā)下一代高性能電子,光電子和谷底電子器件最有希望的材料。雖然金屬氧化物已被廣泛用于許多先進器件的制造中,但它們的性能在二維極限條件下的研究報道還很少。近來,SnO二維半導體材料及器件的研究受到人們的廣泛關注,據(jù)文獻報道,SnO材料的直接帶隙為2.7eV,間接帶隙為0.7e V,其空穴遷移率理論值為641cm~2V~(-1)s~(-1),具有較大的電子親和勢和較小的電離勢,并呈現(xiàn)雙極導電特性。這些發(fā)現(xiàn)使得SnO單層成為用于納電子器件的有前景的2D材料。針對SnO半導體二維材料的特性,本論文從材料制備及新型二維SnO半導體器件特性研究方面開展了以下研究工作:1、利用磁控濺射法,開展了二維SnO及Cu摻雜SnO薄膜的制備及特性分析研究。實驗中,采用高純SnO陶瓷靶材及Cu金屬靶材,Cu摻雜時,利用雙靶同時濺射進行。研究中,通過改變?yōu)R射功率和沉積時間,研究了不同二維SnO薄膜樣品和不同Cu摻雜比例制備參數(shù),分析了不同參數(shù)與Cu摻雜量之間的對應關系。2、對制備的二維SnO及Cu摻雜SnO薄膜的微結構及化學成分進行了對比分析,對薄膜的表面形貌,生長取向進行了檢測。研究表明,制備的二維SnO薄膜厚度在幾納米至十幾納米范圍,屬于二維少層薄膜,其生長結構為四方晶系,在不同制備條件下,二維SnO薄膜中Cu的摻雜量分別約為1%,2%,4%,6%。3、開展了底柵和頂柵結構的SnO及Cu摻雜SnO半導體場效應晶體管的制備工作,對不同Cu摻雜比例,不同柵壓、濺射功率、沉積時間,溝道寬度和退火條件下制備的二維SnO及Cu摻雜SnO半導體場效應晶體管的電子學特性進行了對比分析。結果表明,Cu摻雜能有效的提高二維SnO薄膜晶體管器件的輸出特性,同時濺射功率、沉積時間和溝道寬度的減小也能提高器件的量子傳輸效應,增大器件的源漏電流,實驗測試得到的最大I_(DS)達到81.6μA。對比二維SnO薄膜晶體管器件底柵與頂柵結構的輸出特性,結果表明頂柵結構的二維SnO薄膜晶體管器件要優(yōu)于底柵結構的輸出特性。論文研究的結果證明,Cu摻雜的SnO能夠有效提高電子傳輸特性,且頂柵結構在制備、測試與工業(yè)應用方面更具有優(yōu)勢。
【圖文】：

二維SnO 及Cu 摻雜SnO 半導體場效應晶體管的制備與特性研究維的 SnTe 和 2 維的 SnO 等材料，具有多種形態(tài)和構型，其中 SnO 在 SnX 材料中具有獨一無二的特性[15]。近年來開展的一些 SnO 的研究結果表明，SnO 是一個極有發(fā)展前景的 p 型氧化物半導體。在正常的壓強下，SnO 構成了一種類似 PbO 類型的分層結構，屬于 p4/nmm 空間組，結構為四角晶格(α-SnO)[16-22]。如圖 1.1(a)所示，，圖中灰色和紅色的球體分別代表 Sn 和 O 原子，結構中每個 Sn 原子都有 4 個近鄰的 O 原子，而這 4 個近鄰的 O 原子都位于 Sn 原子的一側，形成了一個金字塔結構[22-24]。

圖 1.2 a)在 PBE 水平計算的單層 SnO 的能帶結構和部分態(tài)密度(PDOS) b)在 HSE06 級計算的 SnO 單層的能帶結構。VBM 的部分電荷密度的等值面Fig.1.2 a) Band structure and partial density of states (PDOS) of the SnO monolayer computed at tPBE level b) Band structure of the SnO monolayer computed at the HSE06 level. Isosurface of partiacharge densities of the VBM.根據(jù)文獻[37-40]，可依照 Bardeen 和 Shockley 提出的形變勢(DP)理論模型[36]，計算層 SnO 載體的遷移率，其表達式為：這里 —玻爾茲曼常數(shù)T—溫度(300K)El—沿傳輸方向空穴的價帶頂(VBM)或電子的導帶底(CBM)的形變勢常量�？捎� 確定。C2D是晶體的彈性模量。對于 2 D 系統(tǒng)，彈性模量可由下式計算。這里 E—超晶胞的總能量，S0—優(yōu)化的超晶胞面積�！剌斶\方向有效質量，其中
【學位授予單位】：遼寧師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN386

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本文編號：2600182