物理学院 School of Physics, Nanjing University

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缪峰教授合作团队在二维半导体电子器件领域取得最新进展

2019年06月03日

半导体材料的场效应特性是其电子器件应用的核心。二维半导体材料因为具有原子尺寸,可以克服短沟道效应和实现高性能场效应晶体管,有望成为后摩尔时代一类重要的基础电子材料。最近发现的半导体型过渡金属硫族化合物二硒化钯(PdSe2)具有较高的室温载流子迁移率和良好的稳定性,有望用于发展未来的电子器件应用。基于PdSe2的场效应晶体管展现出双极性导电行为,而且其转移特性曲线通常会伴随回滞现象,对此现象的深入理解与有效调控对实现器件的高可靠性与实际应用至关重要。

近日,我院缪峰教授课题组与意大利Salerno大学的Antonio Bartolomeo教授合作,系统研究了基于PdSe2的场效应晶体管转移特性曲线中出现的回滞现象,首次展示了压强可调的回滞行为和双极性电导。合作团队首先制备了PdSe2场效应晶体管器件(图a),在转移特性曲线中观察到回滞现象(图b),通过仔细分析回滞窗口的宽度与栅压范围以及栅压扫描时间的变化关系(图c),指出这种回滞现象有可能来源于PdSe2或二氧化硅相关的慢缺陷态。研究还发现电子束辐照在降低器件沟道电导的同时,会引起极小电导值的漂移,且转移特性曲线在几十分钟之后可以恢复到接近初始状态(图d)。进一步的研究表明,利用压强不仅可以在不同掺杂类型导通之间实现可逆转换,同时可以对回滞的窗口进行调控(图e)。该项工作有望为未来PdSe2在纳米机电器件和互补逻辑器件领域的应用奠定基础。


(a)PdSe2晶格结构及场效应晶体管SEM;(b)不同偏压下转移特性曲线图;(c)不同扫描栅压范围下的转移特性曲线;(d)电子束辐照对于器件性能的影响及随时间的恢复过程;(e)压强可调的回滞窗口及不同掺杂类型之间的转换。

该工作以“Pressure-Tunable Ambipolar Conduction and Hysteresis in Thin Palladium Diselenide Field Effect Transistors”为题,于近日(2019522日)发表在纳米材料和器件领域重要期刊《Advanced Functional Materials》上(DOI: 10.1002/adfm.201902483)。我院缪峰教授和Salerno大学Antonio Bartolomeo教授为该工作的共同通讯作者。该工作得到了微结构科学与技术协同创新中心的支持,以及国家杰出青年科学基金、科技部“量子调控”国家重大科学研究计划(青年科学家专题)项目、江苏省青年基金等项目的资助。

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