二維材料因其優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、機(jī)械性能引起研究者的廣泛關(guān)注。其中二維半導(dǎo)體材料在原子層薄的厚度下,導(dǎo)電狀態(tài)仍能通過(guò)電場(chǎng)進(jìn)行有效調(diào)控,使其成為器件微縮過(guò)程中極具潛力的溝道材料。此外,二維材料只有原子層薄的厚度,相較三維體材料而言,電輸運(yùn)行為更易受到外界環(huán)境的影響。在二維材料的不斷發(fā)展中,研究者通過(guò)反向思路將不同種類的二維材料進(jìn)行“創(chuàng)造性”堆疊,構(gòu)筑了一類新材料——范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié),協(xié)助研究者探索新奇的物理現(xiàn)象、構(gòu)筑種類豐富的功能器件。范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)具有原子級(jí)平整、干凈、尖銳的界面,有助于實(shí)現(xiàn)高性能的器件。本文選取InSe、MoS₂作為溝道材料,研究范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管、邏輯反相器、浮柵存儲(chǔ)器。1. 采用InSe/hBN/graphite異質(zhì)結(jié)作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)單元,其中InSe、hBN、graphite分別作為溝道材料、介電層、柵極,獲得了高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管,其室溫電子遷移率達(dá)到1,146 cm²?V^-1?s^-1、開(kāi)關(guān)比達(dá)到10¹⁰。將兩個(gè)這樣的InSe場(chǎng)效應(yīng)... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：116 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

微處理器中晶體管的數(shù)量隨年份（1971-2018）演變

基于范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的邏輯器件與存儲(chǔ)器件2圖1.2過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)MOSFET中尺寸微縮的技術(shù)。圖注：摘自文獻(xiàn)[6]。Figure1.2MOSFETscalingtechnologyinthepast,presentandfuture.[6]1.2二維材料的興起自2004年通過(guò)膠帶機(jī)械解理層狀石墨晶體發(fā)現(xiàn)石墨烯以來(lái)[7]，二維材料（two-dimensionalmaterials,2Dmaterials）因其原子層薄的厚度和優(yōu)異的性能，瞬間引起研究者的廣泛關(guān)注。二維材料是指具有單個(gè)或幾個(gè)原子層厚度的材料，二維平面內(nèi)通過(guò)強(qiáng)的化學(xué)鍵連接，層與層之間是弱的范德瓦爾斯相互作用。如圖1.3所示，經(jīng)過(guò)十幾年的快速發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)的二維材料組成一個(gè)豐富的材料數(shù)據(jù)庫(kù)[8]，涵蓋了金屬、半導(dǎo)體、絕緣體，可以滿足不同器件結(jié)構(gòu)的需求。不同于三維的硅溝道，二維材料由于其原子層薄的厚度、表面沒(méi)有懸掛鍵、電子完全受限于原子層薄的溝道，因而電學(xué)行為能有效地通過(guò)電場(chǎng)進(jìn)行調(diào)制，促使其成為下一代晶體管發(fā)展中有潛力的候選材料[9-11]。除此之外，由于二維材料本身具備優(yōu)異的機(jī)械柔韌性，結(jié)合優(yōu)異的電學(xué)性能，也使其成為下一代柔性器件中有潛力的競(jìng)爭(zhēng)者[10]。

第1章引言3圖1.3現(xiàn)有二維材料的數(shù)據(jù)庫(kù)。圖注：?jiǎn)螌硬牧显谑覝丨h(huán)境下能穩(wěn)定存在的在藍(lán)色區(qū)域、在室溫環(huán)境中可能穩(wěn)定存在的在綠色區(qū)域、在室溫環(huán)境中不能穩(wěn)定存在但在惰性環(huán)境中可能穩(wěn)定存在的在粉色區(qū)域、在室溫環(huán)境中性能還不太明確的在白色區(qū)域。摘自文獻(xiàn)[8]。Figure1.3Current2Dmaterialslibrary.Note:Blueregionscontainstablemonolayersunderambientconditions(roomtemperatureinair);Greenregionscontainmonolayersprobablystableunderambientconditions;Pinkregionscontainmonolayersunstableunderambientconditionsbutthatmaybestableininertatmosphere;Whiteregionscontainmonolayerswhichareunsurestabilityduetolittleresearchinformation.[8]1.2.1石墨烯20世紀(jì)30年代，Landau和Peierls指出熱漲落帶來(lái)的晶格坍塌使得嚴(yán)格的二維材料在有限溫度下不能穩(wěn)定存在[12,13]。石墨烯作為最早被發(fā)現(xiàn)的二維材料[7]，打破了這一理論。從結(jié)構(gòu)上看，石墨烯是層狀石墨晶體的單原子層，平面內(nèi)由六角蜂窩狀的碳原子組成，包含了A、B兩種子晶格（圖1.4(a)）。從能帶上看，其低能區(qū)域表現(xiàn)為線性的色散關(guān)系（圖1.4(b)），包含了K、K’兩種能谷，可用于發(fā)展谷電子學(xué)器件[14]。線性色散的能帶使石墨烯中的載流子表現(xiàn)為無(wú)質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子，展現(xiàn)出新奇的物性[15]。石墨烯具有極高的遷移率，通過(guò)氮化硼封裝、邊緣接觸工藝制備的石墨烯器件[16]，室溫下，其遷移率達(dá)到~140,000cm2V-1s-1，低溫下（1.9K），其遷移率達(dá)到~1,000,000cm2V-1s-1。石墨烯極高的遷移率使其成為電子器件中有

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]四探針掃描隧道顯微鏡的徹底改造及石墨烯輸運(yùn)性質(zhì)研究[D]. 馬瑞松.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所) 2017



本文編號(hào)：3458446