基于范德瓦爾斯異質結的邏輯器件與存儲器件
發(fā)布時間：2021-10-26 00:16
二維材料因其優(yōu)異的電學、光學、機械性能引起研究者的廣泛關注。其中二維半導體材料在原子層薄的厚度下,導電狀態(tài)仍能通過電場進行有效調控,使其成為器件微縮過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,研究者通過反向思路將不同種類的二維材料進行“創(chuàng)造性”堆疊,構筑了一類新材料——范德瓦爾斯異質結,協(xié)助研究者探索新奇的物理現(xiàn)象、構筑種類豐富的功能器件。范德瓦爾斯異質結具有原子級平整、干凈、尖銳的界面,有助于實現(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結構的場效應晶體管、邏輯反相器、浮柵存儲器。1. 采用InSe/hBN/graphite異質結作為場效應晶體管的結構單元,其中InSe、hBN、graphite分別作為溝道材料、介電層、柵極,獲得了高性能的場效應晶體管,其室溫電子遷移率達到1,146 cm2?V-1?s-1、開關比達到1010。將兩個這樣的InSe場效應...
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市
【文章頁數(shù)】：116 頁
【學位級別】：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結的邏輯器件與存儲器件2圖1.2過去、現(xiàn)在、未來MOSFET中尺寸微縮的技術。圖注：摘自文獻[6]。Figure1.2MOSFETscalingtechnologyinthepast,presentandfuture.[6]1.2二維材料的興起自2004年通過膠帶機械解理層狀石墨晶體發(fā)現(xiàn)石墨烯以來[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注。二維材料是指具有單個或幾個原子層厚度的材料，二維平面內通過強的化學鍵連接，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)過十幾年的快速發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)的二維材料組成一個豐富的材料數(shù)據(jù)庫[8]，涵蓋了金屬、半導體、絕緣體，可以滿足不同器件結構的需求。不同于三維的硅溝道，二維材料由于其原子層薄的厚度、表面沒有懸掛鍵、電子完全受限于原子層薄的溝道，因而電學行為能有效地通過電場進行調制，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)異的機械柔韌性，結合優(yōu)異的電學性能，也使其成為下一代柔性器件中有潛力的競爭者[10]。
第1章引言3圖1.3現(xiàn)有二維材料的數(shù)據(jù)庫。圖注：單層材料在室溫環(huán)境下能穩(wěn)定存在的在藍色區(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[8]。Figure1.3Current2Dmaterialslibrary.Note:Blueregionscontainstablemonolayersunderambientconditions(roomtemperatureinair);Greenregionscontainmonolayersprobablystableunderambientconditions;Pinkregionscontainmonolayersunstableunderambientconditionsbutthatmaybestableininertatmosphere;Whiteregionscontainmonolayerswhichareunsurestabilityduetolittleresearchinformation.[8]1.2.1石墨烯20世紀30年代，Landau和Peierls指出熱漲落帶來的晶格坍塌使得嚴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。從結構上看，石墨烯是層狀石墨晶體的單原子層，平面內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)為線性的色散關系（圖1.4(b)），包含了K、K’兩種能谷，可用于發(fā)展谷電子學器件[14]。線性色散的能帶使石墨烯中的載流子表現(xiàn)為無質量的狄拉克費米子，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，其遷移率達到~140,000cm2V-1s-1，低溫下（1.9K），其遷移率達到~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】：
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性質研究[D]. 馬瑞松.中國科學院大學(中國科學院物理研究所) 2017
本文編號：3458446
【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)北京市
【文章頁數(shù)】：116 頁
【學位級別】：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結的邏輯器件與存儲器件2圖1.2過去、現(xiàn)在、未來MOSFET中尺寸微縮的技術。圖注：摘自文獻[6]。Figure1.2MOSFETscalingtechnologyinthepast,presentandfuture.[6]1.2二維材料的興起自2004年通過膠帶機械解理層狀石墨晶體發(fā)現(xiàn)石墨烯以來[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注。二維材料是指具有單個或幾個原子層厚度的材料，二維平面內通過強的化學鍵連接，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)過十幾年的快速發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)的二維材料組成一個豐富的材料數(shù)據(jù)庫[8]，涵蓋了金屬、半導體、絕緣體，可以滿足不同器件結構的需求。不同于三維的硅溝道，二維材料由于其原子層薄的厚度、表面沒有懸掛鍵、電子完全受限于原子層薄的溝道，因而電學行為能有效地通過電場進行調制，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)異的機械柔韌性，結合優(yōu)異的電學性能，也使其成為下一代柔性器件中有潛力的競爭者[10]。
第1章引言3圖1.3現(xiàn)有二維材料的數(shù)據(jù)庫。圖注：單層材料在室溫環(huán)境下能穩(wěn)定存在的在藍色區(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[8]。Figure1.3Current2Dmaterialslibrary.Note:Blueregionscontainstablemonolayersunderambientconditions(roomtemperatureinair);Greenregionscontainmonolayersprobablystableunderambientconditions;Pinkregionscontainmonolayersunstableunderambientconditionsbutthatmaybestableininertatmosphere;Whiteregionscontainmonolayerswhichareunsurestabilityduetolittleresearchinformation.[8]1.2.1石墨烯20世紀30年代，Landau和Peierls指出熱漲落帶來的晶格坍塌使得嚴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。從結構上看，石墨烯是層狀石墨晶體的單原子層，平面內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)為線性的色散關系（圖1.4(b)），包含了K、K’兩種能谷，可用于發(fā)展谷電子學器件[14]。線性色散的能帶使石墨烯中的載流子表現(xiàn)為無質量的狄拉克費米子，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，其遷移率達到~140,000cm2V-1s-1，低溫下（1.9K），其遷移率達到~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】：
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性質研究[D]. 馬瑞松.中國科學院大學(中國科學院物理研究所) 2017
本文編號：3458446
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