二维SnO及Cu掺杂SnO半导体场效应晶体管的制备与特性研究

发布时间：2020-03-25 17:23

【摘要】：二维材料被认为是开发下一代高性能电子,光电子和谷底电子器件最有希望的材料。虽然金属氧化物已被广泛用于许多先进器件的制造中,但它们的性能在二维极限条件下的研究报道还很少。近来,SnO二维半导体材料及器件的研究受到人们的广泛关注,据文献报道,SnO材料的直接带隙为2.7eV,间接带隙为0.7e V,其空穴迁移率理论值为641cm~2V~(-1)s~(-1),具有较大的电子亲和势和较小的电离势,并呈现双极导电特性。这些发现使得SnO单层成为用于纳电子器件的有前景的2D材料。针对SnO半导体二维材料的特性,本论文从材料制备及新型二维SnO半导体器件特性研究方面开展了以下研究工作:1、利用磁控溅射法,开展了二维SnO及Cu掺杂SnO薄膜的制备及特性分析研究。实验中,采用高纯SnO陶瓷靶材及Cu金属靶材,Cu掺杂时,利用双靶同时溅射进行。研究中,通过改变溅射功率和沉积时间,研究了不同二维SnO薄膜样品和不同Cu掺杂比例制备参数,分析了不同参数与Cu掺杂量之间的对应关系。2、对制备的二维SnO及Cu掺杂SnO薄膜的微结构及化学成分进行了对比分析,对薄膜的表面形貌,生长取向进行了检测。研究表明,制备的二维SnO薄膜厚度在几纳米至十几纳米范围,属于二维少层薄膜,其生长结构为四方晶系,在不同制备条件下,二维SnO薄膜中Cu的掺杂量分别约为1%,2%,4%,6%。3、开展了底栅和顶栅结构的SnO及Cu掺杂SnO半导体场效应晶体管的制备工作,对不同Cu掺杂比例,不同栅压、溅射功率、沉积时间,沟道宽度和退火条件下制备的二维SnO及Cu掺杂SnO半导体场效应晶体管的电子学特性进行了对比分析。结果表明,Cu掺杂能有效的提高二维SnO薄膜晶体管器件的输出特性,同时溅射功率、沉积时间和沟道宽度的减小也能提高器件的量子传输效应,增大器件的源漏电流,实验测试得到的最大I_(DS)达到81.6μA。对比二维SnO薄膜晶体管器件底栅与顶栅结构的输出特性,结果表明顶栅结构的二维SnO薄膜晶体管器件要优于底栅结构的输出特性。论文研究的结果证明,Cu掺杂的SnO能够有效提高电子传输特性,且顶栅结构在制备、测试与工业应用方面更具有优势。
【图文】：

俯视图,晶体结构,晶体,原子

二维SnO 及Cu 掺杂SnO 半导体场效应晶体管的制备与特性研究维的 SnTe 和 2 维的 SnO 等材料，具有多种形态和构型，其中 SnO 在 SnX 材料中具有独一无二的特性[15]。近年来开展的一些 SnO 的研究结果表明，SnO 是一个极有发展前景的 p 型氧化物半导体。在正常的压强下，SnO 构成了一种类似 PbO 类型的分层结构，属于 p4/nmm 空间组，结构为四角晶格(α-SnO)[16-22]。如图 1.1(a)所示，，图中灰色和红色的球体分别代表 Sn 和 O 原子，结构中每个 Sn 原子都有 4 个近邻的 O 原子，而这 4 个近邻的 O 原子都位于 Sn 原子的一侧，形成了一个金字塔结构[22-24]。

能带结构,态密度,单层,形变势

图 1.2 a)在 PBE 水平计算的单层 SnO 的能带结构和部分态密度(PDOS) b)在 HSE06 级计算的 SnO 单层的能带结构。VBM 的部分电荷密度的等值面Fig.1.2 a) Band structure and partial density of states (PDOS) of the SnO monolayer computed at tPBE level b) Band structure of the SnO monolayer computed at the HSE06 level. Isosurface of partiacharge densities of the VBM.根据文献[37-40]，可依照 Bardeen 和 Shockley 提出的形变势(DP)理论模型[36]，计算层 SnO 载体的迁移率，其表达式为：这里 —玻尔兹曼常数T—温度(300K)El—沿传输方向空穴的价带顶(VBM)或电子的导带底(CBM)的形变势常量。可由确定。C2D是晶体的弹性模量。对于 2 D 系统，弹性模量可由下式计算。这里 E—超晶胞的总能量，S0—优化的超晶胞面积。—沿输运方向有效质量，其中
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386

【相似文献】