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天津理工大学张楷亮Advanced Electronic Materials:化学气相沉积法合成高质量/大尺寸/单、双层MoS2

采用化学气相沉积法成功获得了高质量,大尺寸,单、双层MoS2,并总结了影响MoS2层数、尺寸等特征的影响规律。

天津理工大学张楷亮Advanced Electronic Materials:化学气相沉积法合成高质量/大尺寸/单、双层MoS2

自1965年英特尔(Intel)创始人之一Gordon Moore做出预言:“集成在半导体芯片上的电子元件数量将会每隔一段时间就翻一番”。集成电路产业一直按照“摩尔定律”的指导蓬勃发展。然而随着单个器件尺寸的不断缩小,逐渐逼近其物理极限,在保持器件性能的前提下,器件加工难度和成本都显著提高,摩尔定律面临瓶颈。

近年来,随着石墨烯的发现,二维材料如:MoS2、h-BN等凭借其独特的电学、光学及物理化学性质,成为研究人员们的关注焦点。

同时以MoS2为代表的二维半导体材料凭借其合理的能带宽度、平整无悬挂键的表面成为器件沟道的理想替代材料,为摩尔定律的延续和器件尺寸的进一步缩小提供了新的机遇。

虽然集成电路发展的大船有了新的航向,但前面依然“惊涛骇浪”,其中如何可控制备MoS2等二维材料以及提升其性能以达到应用要求是该领域研究的关键问题之一。

天津理工大学张楷亮Advanced Electronic Materials:化学气相沉积法合成高质量/大尺寸/单、双层MoS2

近期,天津理工大学张楷亮教授领导的科研团队采用化学气相沉积法成功获得了高质量,大尺寸,单、双层MoS2,并总结了影响MoS2层数、尺寸等特征的影响规律。

天津理工大学张楷亮Advanced Electronic Materials:化学气相沉积法合成高质量/大尺寸/单、双层MoS2

场效应测试表明,单层MoS2基器件的迁移率约为5 cm2V-1s-1,开态电流约为5 μAμm-1,电流开关比为1.2*107;相较于单层,双层MoS2基器件的迁移率约为21 cm2V-1s-1,22 μAμm-1,电流开关比为1.1*107。该结果说明,在设计高性能器件时,相较于目前受合成技术限制而普遍获得的单层MoS2,双层MoS2应该被优先考虑。

天津理工大学张楷亮Advanced Electronic Materials:化学气相沉积法合成高质量/大尺寸/单、双层MoS2

此外,该团队为进一步提高材料性能,推动MoS2的实际应用,将与金属电极接触的MoS2部分由半导体相(2H-MoS2)转变为金属相(1T-MoS2)成功提高了MoS2基器件的性能,改善后的器件迁移率有了明显提高约为45 cm2V-1s-1,开态电流约为50 μAμm-1,证明了该方法的可行性。

天津理工大学张楷亮Advanced Electronic Materials:化学气相沉积法合成高质量/大尺寸/单、双层MoS2

此项研究成果不仅为二维材料的可控制备提供了新思路,同时也为微纳电子器件的设计提供了新的方向。

文献信息:

Fang M, Wang F, Han Y, et al. Controlled Growth of Bilayer‐MoS2 Films and MoS2‐Based Field‐Effect Transistor (FET) Performance Optimization[J]. Advanced Electronic Materials, 2018, 4(4): 1700524.

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