基于二维/三维材料异质结的新型电荷耦合器件及热电子晶体管

发布时间：2021-07-27 04:17

　　随着集成电路制造工艺的不断前进,目前工艺节点已经达到7 nm,摩尔定律的步伐逐渐放缓。除了工艺上光刻成本的急剧提升,MOS场效应管的小尺寸效应（如“短沟道效应”）也逐渐需要引起重视。学术界、工业界一方面在发展新的技术（如Fin-FET技术、高k介质技术）来继续降低晶体管的漏电流和提升栅控能力,以最终提升开关比、功耗等性能,从而延续摩尔定律;另一方面,也在积极发展新型的材料来弥补当前半导体工艺的缺陷,二维材料就是其中一个重要的候选。典型的二维材料有石墨烯、黑磷、过渡族金属硫化物、六方氮化硼等。二维材料由于其原子级厚度的特性,可以存在很强的场效应,因而可以抑制“短沟道效应”,实现极短栅长的场效应管。除了电学应用,二维材料也被广泛地用于光通信或传感。以二维材料或者是二维/三维异质结构成的光电探测器表现出了优异的性能。二维材料具有较高的透明性,较高的电导率,较强的场效应,多种禁带宽度以及新的物理机制等,可以极大地提升光电探测器的量子效率、增益和光谱响应范围等。因而,二维材料的引入可以和三维材料的成熟工艺达到互补,解决电学和光学器件中存在的问题。本文主要集中在二维/三维异质结晶体管的电学和光电方... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?Ｆｉｎ－ＦＥＴ的原理图和ＴＥＭ截面图⑴??另一方面，从体材料向低维材料的发展一直在进行中，涵盖了单质半导体以及化合物??

如最具代表性的，１９８２年崔琦和冯克利青等人发现的分数量子霍尔效应［１２］。基于对量子阱??的研究，张远波、Ｇｅｉｍ等人在层状材料里也找到了对应的二维电子气体系，即石墨烯，并??且也在其中看到了量子霍尔效应，如图１．３所示％?１４］。??Ｈ—丨??＝Ｖ－?．．．?０９８１－？ｔｏ??ｒ）（１０，２ｃｍｚ）??Ｋ?８?厂一——丨?４??亦、丨ｌ?ｉｆ??＇。一＇?／?＼?＼?．??０－?—??？６０?．３０?０?３０?６０??Ｖ＾（Ｖ）??图１．３石墨烯的室温量子霍尔效应Ｍ??３??

?＂?Ｉ?．＿．．．．．．??图１．２态密度和维度的关系??１．２二维材料的发展历史??二维材料最具代表性的是石墨烯，其最早是２００４年由Ａ．?Ｋ．?Ｇｅｉｍ和Ｋ．?Ｓ．?Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ??通过机械剥离层状体材料（石墨）发现的［ｓ］。在这之前，二维的纳米结构主要是量子阱［１°］。??量子阱研究的兴起和分子束外延（ＭＢＥ）技术的发展密不可分［１１］。１９７〇年左右，朱兆祥发??展出了?ＭＢＥ技术，通过选择晶格匹配的两种半导体材料，生长出界面洁净的外延异质结。??通过控制外延层的厚度在纳米量级，我们可以获得量子阱；如果周期性地生长量子阱结构，??我们可以获得多量子阱甚至超晶格结构。低维的量子阱结构带来了许多新奇的物理现象，??如最具代表性的，１９８２年崔琦和冯克利青等人发现的分数量子霍尔效应［１２］。基于对量子阱??的研究


本文编号：3305060