基于肖特基栅极的二硫化钼场效应晶体管光电特性研究
发布时间：2021-06-22 07:38
二维过渡金属二硫化物（2D TMDs）由于其原子层厚度、合适的带隙和较高的迁移率等优点而被认为是应用于消费电子产品领域的高潜力候选者。对于典型的可穿戴类消费电子产品,要求开发出低阈值、能快速开关以及制造工艺简单的器件。由于介电层牺牲了所施加的栅极电压并引入界面缺陷,目前所报道的大部分2D TMDs金属-绝缘体-半导体场效应晶体管（MISFET）通常都在较高电压下工作且常常遭受界面陷阱引起的散射的影响。为了避免上述问题,本文中我们制作了基于二维二硫化钼（MoS2）的肖特基栅极金属-半导体场效应晶体管（MESFET）。这个MESFET器件展现出优异的电学性能与光电探测性能,其性能提升高度依赖于本论文新开发的MoOx/Au肖特基栅极。全文的主要工作归结为以下几个方面:（1）为了构建出可靠、稳定的肖特基势垒,我们首先对MoS2-MESFET光电器件的栅极材料进行一系列选择与验证。首先制备纯Au栅极的MESFET、然后再选用高功函的MoOx,但是结果都不理想,最后结合两种材料,构建MoOx
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）金属与半导体接触前的能级结构示意图；（b）金属与半导体刚接触时的能级结构
如果说金属的功函数小于 n 型半导体的功函数，即金属费米能级位于半导体费米能级的上方，则当金属与半导体接触时，从金属流向半导体的电子流将大于从半导体流向金属的电子流，使结区半导体一侧形成负的空间电荷区，能带向下弯曲。这个区域的电子浓度远高于半导体体内，因此是一个高导的区域，称为 n 型反阻挡层，其能带图如图 1-2b 所示。由于反阻挡层的电导高，没有接触势垒，因此在实验中通常忽略它的存在。同理可以分析，对于金属与 p 型半导体的接触来说，它与 n 型半导体的接触正好相反，如果金属的功函数小于 p 型半导体的功函数，则形成的是 p 型阻挡层；如果金属的功函数大于 p 型半导体的功函数，则形成的是 p 型反阻挡层。它们各自的能带图分别如图 1-2c、1-2d 所示。所以要形成较大的肖特基势垒，对于 n 型半导体来说，应选择高功函的金属；对于 p 型半导体来说，则要选择低功函金属。
图 1-3 （a）外加正偏压时 n 型阻挡层的能带图；（b）外加负偏压时 n 型阻挡层的能带图1.3 MESFET 的工作原理及性能参数1.3.1 MESFET 的工作原理金属-半导体场效应晶体管（MESFET），也称肖特基栅极场效应晶体管，由多数流子参与导电[59]。图 1-4 展示了 MESFET 的基本结构，它有三个电极：源极、漏极栅极。与 MISFET 工作原理不同，MESFET 没有绝缘介电层，它的栅极是一个会与道形成肖特基势垒的电极，通过栅极电压控制势垒高度来改变沟道的耗尽区宽度，而实现沟道的导通与关闭。以下以 n 型沟道为例来说明 MESFET 的工作过程，在上节中通过金属半导体接触的介绍，我们知道在合适的功函数差下，金属与 n 型半导接触时在半导体中会形成 n 型阻挡层，即电子耗尽区，通过外加电压，会改变耗尽
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improving the Performance of PbS Quantum Dot Solar Cells by Optimizing ZnO Window Layer[J]. Xiaokun Yang,Long Hu,Hui Deng,Keke Qiao,Chao Hu,Zhiyong Liu,Shengjie Yuan,Jahangeer Khan,Dengbing Li,Jiang Tang,Haisheng Song,Chun Cheng. Nano-Micro Letters. 2017(02)
本文编号：3242436
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）金属与半导体接触前的能级结构示意图；（b）金属与半导体刚接触时的能级结构
如果说金属的功函数小于 n 型半导体的功函数，即金属费米能级位于半导体费米能级的上方，则当金属与半导体接触时，从金属流向半导体的电子流将大于从半导体流向金属的电子流，使结区半导体一侧形成负的空间电荷区，能带向下弯曲。这个区域的电子浓度远高于半导体体内，因此是一个高导的区域，称为 n 型反阻挡层，其能带图如图 1-2b 所示。由于反阻挡层的电导高，没有接触势垒，因此在实验中通常忽略它的存在。同理可以分析，对于金属与 p 型半导体的接触来说，它与 n 型半导体的接触正好相反，如果金属的功函数小于 p 型半导体的功函数，则形成的是 p 型阻挡层；如果金属的功函数大于 p 型半导体的功函数，则形成的是 p 型反阻挡层。它们各自的能带图分别如图 1-2c、1-2d 所示。所以要形成较大的肖特基势垒，对于 n 型半导体来说，应选择高功函的金属；对于 p 型半导体来说，则要选择低功函金属。
图 1-3 （a）外加正偏压时 n 型阻挡层的能带图；（b）外加负偏压时 n 型阻挡层的能带图1.3 MESFET 的工作原理及性能参数1.3.1 MESFET 的工作原理金属-半导体场效应晶体管（MESFET），也称肖特基栅极场效应晶体管，由多数流子参与导电[59]。图 1-4 展示了 MESFET 的基本结构，它有三个电极：源极、漏极栅极。与 MISFET 工作原理不同，MESFET 没有绝缘介电层，它的栅极是一个会与道形成肖特基势垒的电极，通过栅极电压控制势垒高度来改变沟道的耗尽区宽度，而实现沟道的导通与关闭。以下以 n 型沟道为例来说明 MESFET 的工作过程，在上节中通过金属半导体接触的介绍，我们知道在合适的功函数差下，金属与 n 型半导接触时在半导体中会形成 n 型阻挡层，即电子耗尽区，通过外加电压，会改变耗尽
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improving the Performance of PbS Quantum Dot Solar Cells by Optimizing ZnO Window Layer[J]. Xiaokun Yang,Long Hu,Hui Deng,Keke Qiao,Chao Hu,Zhiyong Liu,Shengjie Yuan,Jahangeer Khan,Dengbing Li,Jiang Tang,Haisheng Song,Chun Cheng. Nano-Micro Letters. 2017(02)
本文编号：3242436
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