基于肖特基柵極的二硫化鉬場(chǎng)效應(yīng)晶體管光電特性研究
發(fā)布時(shí)間：2021-06-22 07:38
二維過渡金屬二硫化物（2D TMDs）由于其原子層厚度、合適的帶隙和較高的遷移率等優(yōu)點(diǎn)而被認(rèn)為是應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域的高潛力候選者。對(duì)于典型的可穿戴類消費(fèi)電子產(chǎn)品,要求開發(fā)出低閾值、能快速開關(guān)以及制造工藝簡(jiǎn)單的器件。由于介電層犧牲了所施加的柵極電壓并引入界面缺陷,目前所報(bào)道的大部分2D TMDs金屬-絕緣體-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MISFET）通常都在較高電壓下工作且常常遭受界面陷阱引起的散射的影響。為了避免上述問題,本文中我們制作了基于二維二硫化鉬（MoS2）的肖特基柵極金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MESFET）。這個(gè)MESFET器件展現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)性能與光電探測(cè)性能,其性能提升高度依賴于本論文新開發(fā)的MoOx/Au肖特基柵極。全文的主要工作歸結(jié)為以下幾個(gè)方面:（1）為了構(gòu)建出可靠、穩(wěn)定的肖特基勢(shì)壘,我們首先對(duì)MoS2-MESFET光電器件的柵極材料進(jìn)行一系列選擇與驗(yàn)證。首先制備純Au柵極的MESFET、然后再選用高功函的MoOx,但是結(jié)果都不理想,最后結(jié)合兩種材料,構(gòu)建MoOx
【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：75 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
（a）金屬與半導(dǎo)體接觸前的能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖；（b）金屬與半導(dǎo)體剛接觸時(shí)的能級(jí)結(jié)構(gòu)
如果說金屬的功函數(shù)小于 n 型半導(dǎo)體的功函數(shù)，即金屬費(fèi)米能級(jí)位于半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)的上方，則當(dāng)金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)，從金屬流向半導(dǎo)體的電子流將大于從半導(dǎo)體流向金屬的電子流，使結(jié)區(qū)半導(dǎo)體一側(cè)形成負(fù)的空間電荷區(qū)，能帶向下彎曲。這個(gè)區(qū)域的電子濃度遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體體內(nèi)，因此是一個(gè)高導(dǎo)的區(qū)域，稱為 n 型反阻擋層，其能帶圖如圖 1-2b 所示。由于反阻擋層的電導(dǎo)高，沒有接觸勢(shì)壘，因此在實(shí)驗(yàn)中通常忽略它的存在。同理可以分析，對(duì)于金屬與 p 型半導(dǎo)體的接觸來說，它與 n 型半導(dǎo)體的接觸正好相反，如果金屬的功函數(shù)小于 p 型半導(dǎo)體的功函數(shù)，則形成的是 p 型阻擋層；如果金屬的功函數(shù)大于 p 型半導(dǎo)體的功函數(shù)，則形成的是 p 型反阻擋層。它們各自的能帶圖分別如圖 1-2c、1-2d 所示。所以要形成較大的肖特基勢(shì)壘，對(duì)于 n 型半導(dǎo)體來說，應(yīng)選擇高功函的金屬；對(duì)于 p 型半導(dǎo)體來說，則要選擇低功函金屬。
圖 1-3 （a）外加正偏壓時(shí) n 型阻擋層的能帶圖；（b）外加負(fù)偏壓時(shí) n 型阻擋層的能帶圖1.3 MESFET 的工作原理及性能參數(shù)1.3.1 MESFET 的工作原理金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MESFET），也稱肖特基柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管，由多數(shù)流子參與導(dǎo)電[59]。圖 1-4 展示了 MESFET 的基本結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)電極：源極、漏極柵極。與 MISFET 工作原理不同，MESFET 沒有絕緣介電層，它的柵極是一個(gè)會(huì)與道形成肖特基勢(shì)壘的電極，通過柵極電壓控制勢(shì)壘高度來改變溝道的耗盡區(qū)寬度，而實(shí)現(xiàn)溝道的導(dǎo)通與關(guān)閉。以下以 n 型溝道為例來說明 MESFET 的工作過程，在上節(jié)中通過金屬半導(dǎo)體接觸的介紹，我們知道在合適的功函數(shù)差下，金屬與 n 型半導(dǎo)接觸時(shí)在半導(dǎo)體中會(huì)形成 n 型阻擋層，即電子耗盡區(qū)，通過外加電壓，會(huì)改變耗盡
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Improving the Performance of PbS Quantum Dot Solar Cells by Optimizing ZnO Window Layer[J]. Xiaokun Yang,Long Hu,Hui Deng,Keke Qiao,Chao Hu,Zhiyong Liu,Shengjie Yuan,Jahangeer Khan,Dengbing Li,Jiang Tang,Haisheng Song,Chun Cheng. Nano-Micro Letters. 2017(02)
本文編號(hào)：3242436
【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：75 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
（a）金屬與半導(dǎo)體接觸前的能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖；（b）金屬與半導(dǎo)體剛接觸時(shí)的能級(jí)結(jié)構(gòu)
如果說金屬的功函數(shù)小于 n 型半導(dǎo)體的功函數(shù)，即金屬費(fèi)米能級(jí)位于半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)的上方，則當(dāng)金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)，從金屬流向半導(dǎo)體的電子流將大于從半導(dǎo)體流向金屬的電子流，使結(jié)區(qū)半導(dǎo)體一側(cè)形成負(fù)的空間電荷區(qū)，能帶向下彎曲。這個(gè)區(qū)域的電子濃度遠(yuǎn)高于半導(dǎo)體體內(nèi)，因此是一個(gè)高導(dǎo)的區(qū)域，稱為 n 型反阻擋層，其能帶圖如圖 1-2b 所示。由于反阻擋層的電導(dǎo)高，沒有接觸勢(shì)壘，因此在實(shí)驗(yàn)中通常忽略它的存在。同理可以分析，對(duì)于金屬與 p 型半導(dǎo)體的接觸來說，它與 n 型半導(dǎo)體的接觸正好相反，如果金屬的功函數(shù)小于 p 型半導(dǎo)體的功函數(shù)，則形成的是 p 型阻擋層；如果金屬的功函數(shù)大于 p 型半導(dǎo)體的功函數(shù)，則形成的是 p 型反阻擋層。它們各自的能帶圖分別如圖 1-2c、1-2d 所示。所以要形成較大的肖特基勢(shì)壘，對(duì)于 n 型半導(dǎo)體來說，應(yīng)選擇高功函的金屬；對(duì)于 p 型半導(dǎo)體來說，則要選擇低功函金屬。
圖 1-3 （a）外加正偏壓時(shí) n 型阻擋層的能帶圖；（b）外加負(fù)偏壓時(shí) n 型阻擋層的能帶圖1.3 MESFET 的工作原理及性能參數(shù)1.3.1 MESFET 的工作原理金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MESFET），也稱肖特基柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管，由多數(shù)流子參與導(dǎo)電[59]。圖 1-4 展示了 MESFET 的基本結(jié)構(gòu)，它有三個(gè)電極：源極、漏極柵極。與 MISFET 工作原理不同，MESFET 沒有絕緣介電層，它的柵極是一個(gè)會(huì)與道形成肖特基勢(shì)壘的電極，通過柵極電壓控制勢(shì)壘高度來改變溝道的耗盡區(qū)寬度，而實(shí)現(xiàn)溝道的導(dǎo)通與關(guān)閉。以下以 n 型溝道為例來說明 MESFET 的工作過程，在上節(jié)中通過金屬半導(dǎo)體接觸的介紹，我們知道在合適的功函數(shù)差下，金屬與 n 型半導(dǎo)接觸時(shí)在半導(dǎo)體中會(huì)形成 n 型阻擋層，即電子耗盡區(qū)，通過外加電壓，會(huì)改變耗盡
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Improving the Performance of PbS Quantum Dot Solar Cells by Optimizing ZnO Window Layer[J]. Xiaokun Yang,Long Hu,Hui Deng,Keke Qiao,Chao Hu,Zhiyong Liu,Shengjie Yuan,Jahangeer Khan,Dengbing Li,Jiang Tang,Haisheng Song,Chun Cheng. Nano-Micro Letters. 2017(02)
本文編號(hào)：3242436
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