单层二硫化钼场效应晶体管性能影响因素的研究

发布时间：2018-05-03 23:38

  本文选题：二硫化钼 + 场效应晶体管　； 参考：《太原理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：随着硅基器件纳米化过程日益逼近其工艺极限,二维纳米材料已然成为替代硅材料的研究重点。单层二硫化钼(MoS_2)作为一种典型的过渡族金属二硫化物,不仅拥有类石墨烯的二维层状结构,且能带中有合适的直接带隙,已成为硅基器件沟道材料潜在替代者之一。目前,单层MoS_2已在场效应晶体管器件中展现出很大的应用潜质。在通往单层MoS_2基纳米器件的商用道路中,诸如电极接触等与器件相关的基础问题仍待解决。源于纳米器件的尺度特性,晶体管结构中各个界面对晶体管性能的影响同样可能有别于传统晶体管相关物理学。本文从晶体管两个重要界面讨论了这些因素对MoS_2基场效应晶体管性能的影响:一是金属电极和单层MoS_2界面,系统研究了界面应力匹配对金属电极-MoS_2界面特性的影响;二是讨论了栅极绝缘层和单层MoS_2界面,研究了不同介电性能的栅极绝缘层对其输运性能的影响。两个重要界面的讨论对应了单层MoS_2基场效应晶体管性能优化的两个重要方向,有利于加深对MoS_2场效应晶体管基础问题的认识。在第一章中,本论文首先概述了常见的二维材料,详细介绍了MoS_2的晶体结构、电子结构以及相关应用,指出了MoS_2场效应晶体管中存在的金属接触问题和沟道散射问题,阐明了本课题的研究目的和意义。第二章简要介绍了计算过程中所用到的密度泛函理论和非平衡格林函数方法以及VASP、ATK软件。第三章和第四章详细介绍了我们针对MoS_2场效应晶体管中存在的两类问题开展的研究工作。第三章系统阐述了MoS_2场效应晶体管中金属电极接触的应力效应。利用密度泛函理论,我们厘清了界面失配应力对Au(111)/MoS_2界面特性的影响,同时考虑将应力作为一种调控手段,分析了不同失配应力下Au(111)/MoS_2界面特性的变化规律。我们的研究表明:(1)Au基底或单层MoS_2处于压缩应变状态时,界面间距、界面隧穿势垒、肖特基势垒均比无应力体系大,且随着压缩程度的加剧逐渐增加;而界面电荷密度却比无应力体系小,且随着压缩程度的加剧逐渐降低。因此考虑两者接触时应避免使其处于压缩应变状态。(2)拉伸应变状态下,我们发现对Au基底施加较小的拉伸应力有利于获得更好的界面接触;对于单层MoS_2来说,虽然更大的拉伸应变下能获得更优的界面接触,但是单层MoS_2的带隙宽度是随着拉伸程度的增加而降低的,我们选择MoS_2作为器件的沟道材料正是由于其具有合适的带隙。因此,对单层MoS_2施加较小的拉伸应变,既能优化界面接触又能使其保持相当的带隙宽度。第四章是基于对栅极绝缘层-MoS_2沟道界面的讨论。我们分析了不同介电性能的栅极绝缘层对MoS_2场效应晶体管输运性能的影响。研究发现:在短沟道弹道输运条件下,栅极绝缘层的介电性能对器件的载流子迁移率无影响;但是,高介电常数的栅极绝缘层能有效提高器件的电流开关比,同时可以降低亚阈值摆幅。原因是高介电常数的栅极绝缘层能恰当地调节MoS_2电子态在器件偏压窗口或偏压窗口附近的电子态密度分布。基于理论设计层面,本论文针对MoS_2场效应晶体管中存在的金属接触问题和沟道散射问题,重点讨论了金半接触应力工程和栅极介电工程在单层MoS_2中的具体表现,期望论文结论能够对MoS_2场效应晶体管的设计和应用提供理论参考。
[Abstract]:In chapter 1 , the influence of interface mismatch stress on the properties of metal electrode - Modus field effect transistor is discussed . ( 2 ) In tensile strain state , we find that the application of small tensile stress to Au substrate is beneficial to obtain better interface contact .

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN386
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本文编号：1840630