基于范德瓦尔斯异质结的逻辑器件与存储器件
发布时间：2021-10-26 00:16
二维材料因其优异的电学、光学、机械性能引起研究者的广泛关注。其中二维半导体材料在原子层薄的厚度下,导电状态仍能通过电场进行有效调控,使其成为器件微缩过程中极具潜力的沟道材料。此外,二维材料只有原子层薄的厚度,相较三维体材料而言,电输运行为更易受到外界环境的影响。在二维材料的不断发展中,研究者通过反向思路将不同种类的二维材料进行“创造性”堆叠,构筑了一类新材料——范德瓦尔斯异质结,协助研究者探索新奇的物理现象、构筑种类丰富的功能器件。范德瓦尔斯异质结具有原子级平整、干净、尖锐的界面,有助于实现高性能的器件。本文选取InSe、MoS2作为沟道材料,研究范德瓦尔斯异质结构的场效应晶体管、逻辑反相器、浮栅存储器。1. 采用InSe/hBN/graphite异质结作为场效应晶体管的结构单元,其中InSe、hBN、graphite分别作为沟道材料、介电层、栅极,获得了高性能的场效应晶体管,其室温电子迁移率达到1,146 cm2?V-1?s-1、开关比达到1010。将两个这样的InSe场效应...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微处理器中晶体管的数量随年份（1971-2018）演变
基于范德瓦尔斯异质结的逻辑器件与存储器件2图1.2过去、现在、未来MOSFET中尺寸微缩的技术。图注：摘自文献[6]。Figure1.2MOSFETscalingtechnologyinthepast,presentandfuture.[6]1.2二维材料的兴起自2004年通过胶带机械解理层状石墨晶体发现石墨烯以来[7]，二维材料（two-dimensionalmaterials,2Dmaterials）因其原子层薄的厚度和优异的性能，瞬间引起研究者的广泛关注。二维材料是指具有单个或几个原子层厚度的材料，二维平面内通过强的化学键连接，层与层之间是弱的范德瓦尔斯相互作用。如图1.3所示，经过十几年的快速发展，已发现的二维材料组成一个丰富的材料数据库[8]，涵盖了金属、半导体、绝缘体，可以满足不同器件结构的需求。不同于三维的硅沟道，二维材料由于其原子层薄的厚度、表面没有悬挂键、电子完全受限于原子层薄的沟道，因而电学行为能有效地通过电场进行调制，促使其成为下一代晶体管发展中有潜力的候选材料[9-11]。除此之外，由于二维材料本身具备优异的机械柔韧性，结合优异的电学性能，也使其成为下一代柔性器件中有潜力的竞争者[10]。
第1章引言3图1.3现有二维材料的数据库。图注：单层材料在室温环境下能稳定存在的在蓝色区域、在室温环境中可能稳定存在的在绿色区域、在室温环境中不能稳定存在但在惰性环境中可能稳定存在的在粉色区域、在室温环境中性能还不太明确的在白色区域。摘自文献[8]。Figure1.3Current2Dmaterialslibrary.Note:Blueregionscontainstablemonolayersunderambientconditions(roomtemperatureinair);Greenregionscontainmonolayersprobablystableunderambientconditions;Pinkregionscontainmonolayersunstableunderambientconditionsbutthatmaybestableininertatmosphere;Whiteregionscontainmonolayerswhichareunsurestabilityduetolittleresearchinformation.[8]1.2.1石墨烯20世纪30年代，Landau和Peierls指出热涨落带来的晶格坍塌使得严格的二维材料在有限温度下不能稳定存在[12,13]。石墨烯作为最早被发现的二维材料[7]，打破了这一理论。从结构上看，石墨烯是层状石墨晶体的单原子层，平面内由六角蜂窝状的碳原子组成，包含了A、B两种子晶格（图1.4(a)）。从能带上看，其低能区域表现为线性的色散关系（图1.4(b)），包含了K、K’两种能谷，可用于发展谷电子学器件[14]。线性色散的能带使石墨烯中的载流子表现为无质量的狄拉克费米子，展现出新奇的物性[15]。石墨烯具有极高的迁移率，通过氮化硼封装、边缘接触工艺制备的石墨烯器件[16]，室温下，其迁移率达到~140,000cm2V-1s-1，低温下（1.9K），其迁移率达到~1,000,000cm2V-1s-1。石墨烯极高的迁移率使其成为电子器件中有
【参考文献】：
博士论文
[1]四探针扫描隧道显微镜的彻底改造及石墨烯输运性质研究[D]. 马瑞松.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
本文编号：3458446
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微处理器中晶体管的数量随年份（1971-2018）演变
基于范德瓦尔斯异质结的逻辑器件与存储器件2图1.2过去、现在、未来MOSFET中尺寸微缩的技术。图注：摘自文献[6]。Figure1.2MOSFETscalingtechnologyinthepast,presentandfuture.[6]1.2二维材料的兴起自2004年通过胶带机械解理层状石墨晶体发现石墨烯以来[7]，二维材料（two-dimensionalmaterials,2Dmaterials）因其原子层薄的厚度和优异的性能，瞬间引起研究者的广泛关注。二维材料是指具有单个或几个原子层厚度的材料，二维平面内通过强的化学键连接，层与层之间是弱的范德瓦尔斯相互作用。如图1.3所示，经过十几年的快速发展，已发现的二维材料组成一个丰富的材料数据库[8]，涵盖了金属、半导体、绝缘体，可以满足不同器件结构的需求。不同于三维的硅沟道，二维材料由于其原子层薄的厚度、表面没有悬挂键、电子完全受限于原子层薄的沟道，因而电学行为能有效地通过电场进行调制，促使其成为下一代晶体管发展中有潜力的候选材料[9-11]。除此之外，由于二维材料本身具备优异的机械柔韧性，结合优异的电学性能，也使其成为下一代柔性器件中有潜力的竞争者[10]。
第1章引言3图1.3现有二维材料的数据库。图注：单层材料在室温环境下能稳定存在的在蓝色区域、在室温环境中可能稳定存在的在绿色区域、在室温环境中不能稳定存在但在惰性环境中可能稳定存在的在粉色区域、在室温环境中性能还不太明确的在白色区域。摘自文献[8]。Figure1.3Current2Dmaterialslibrary.Note:Blueregionscontainstablemonolayersunderambientconditions(roomtemperatureinair);Greenregionscontainmonolayersprobablystableunderambientconditions;Pinkregionscontainmonolayersunstableunderambientconditionsbutthatmaybestableininertatmosphere;Whiteregionscontainmonolayerswhichareunsurestabilityduetolittleresearchinformation.[8]1.2.1石墨烯20世纪30年代，Landau和Peierls指出热涨落带来的晶格坍塌使得严格的二维材料在有限温度下不能稳定存在[12,13]。石墨烯作为最早被发现的二维材料[7]，打破了这一理论。从结构上看，石墨烯是层状石墨晶体的单原子层，平面内由六角蜂窝状的碳原子组成，包含了A、B两种子晶格（图1.4(a)）。从能带上看，其低能区域表现为线性的色散关系（图1.4(b)），包含了K、K’两种能谷，可用于发展谷电子学器件[14]。线性色散的能带使石墨烯中的载流子表现为无质量的狄拉克费米子，展现出新奇的物性[15]。石墨烯具有极高的迁移率，通过氮化硼封装、边缘接触工艺制备的石墨烯器件[16]，室温下，其迁移率达到~140,000cm2V-1s-1，低温下（1.9K），其迁移率达到~1,000,000cm2V-1s-1。石墨烯极高的迁移率使其成为电子器件中有
【参考文献】：
博士论文
[1]四探针扫描隧道显微镜的彻底改造及石墨烯输运性质研究[D]. 马瑞松.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
本文编号：3458446
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