Двумерные (2D) полупроводники представляют собой класс полупроводниковых материалов толщиной в атомном масштабе. Эти материалы обладают многочисленными полезными свойствами, в том числе хорошей подвижностью при толщине менее 1 нм, что делает их особенно перспективными для разработки полевых транзисторов (FET) и других электронных, фотонных и оптоэлектронных компонентов.
Несмотря на свои преимущества, когда они используются для создания электронных компонентов , эти материалы часто демонстрируют ограниченную электрическую стабильность. Основная причина этого заключается в том, что носители заряда, происходящие из полупроводников, могут взаимодействовать с дефектами в изоляторах, которые окружают материалы внутри устройств, снижая стабильность устройств.
Исследователи из TU Wien и AMO GmbH недавно продемонстрировали стратегию, которую можно использовать для повышения стабильности полевых транзисторов на основе 2D-материалов. Эта стратегия, представленная в статье, опубликованной в Nature Electronics, влечет за собой настройку уровня Ферми 2D- материалов , гарантируя, что он максимизирует энергетическое расстояние между носителями заряда и дефектами в изоляторе затвора во время работы устройства.
«В полевых транзисторах результирующие захваченные заряды могут привести к большому гистерезису и дрейфу устройств, особенно когда используются обычные аморфные оксиды затвора (такие как диоксид кремния или гафния), что препятствует стабильной работе схемы», — пишут исследователи в своей статье. «Мы показываем, что стабильность устройства в полевых транзисторах на основе графена с аморфными оксидами затвора может быть улучшена путем настройки уровня Ферми».
В своих экспериментах исследователи протестировали различные графеновые полевые транзисторы с оксидом алюминия (Al 2 O 3 ) в качестве оксида верхнего затвора и сравнили их характеристики. В одной из протестированных ими партий устройств также использовался графеновый слой, легированный р-типом.
«Мы намеренно настроили уровень Ферми канала, чтобы максимизировать энергетическое расстояние между носителями заряда в канале и дефектными зонами в аморфном оксиде алюминия под затвором», — объясняют исследователи в своей статье.
Интересно, что исследователи обнаружили, что их подход улучшил стабильность транзисторов. Фактически, партия полевых транзисторов, настроенных по методу Ферми в сторону от дефектов оксида алюминия (т. е. та, которая была наиболее легирована p), приводила к более низкому гистерезису и температурной нестабильности смещения, двум характеристикам, обычно связанным с рабочей нестабильностью.
Команда дополнительно проверила эффективность своего подхода, запустив серию симуляций автоматизированного проектирования (TCAD). Это компьютерное моделирование , часто используемое для моделирования полупроводниковых устройств и процессов.
«Захват заряда очень чувствителен к энергетическому совмещению уровня Ферми канала с дефектной зоной в изоляторе, и, таким образом, наш подход максимизирует количество электрически активных граничных ловушек без необходимости уменьшать общее количество ловушек в изолятор », — добавили исследователи в своей статье.
Недавняя работа этой группы исследователей подчеркивает необходимость выбора подходящих конструкций устройств на основе 2D-полупроводников для обеспечения надежной и стабильной работы. В будущем подход, представленный в их статье, может быть использован для повышения стабильности полевых транзисторов на основе двумерного графена.
Более того, та же стратегия потенциально может быть применима к широкому кругу изоляторов, включая кристаллические изоляторы. В своих следующих исследованиях исследователи планируют дополнительно протестировать предложенную стратегию, чтобы определить уровни стабильности, которые она может обеспечить при различных комбинациях материалов.
Теги: графен
