综述：二维过渡金属硫化物在FET中的载流子迁移率

 

论文概述

二维材料具有一系列优异的电学、热学、力学和光学性能，近年来受到研究者们极大的关注与研究热情。石墨烯是研究最为广泛的二维材料，然而石墨烯的零带隙特性阻碍其在电子器件领域的应用。例如高性能场效应晶体管（FET）器件，需要同时满足高载流子迁移率、良好的欧姆接触、合适的带隙（~1eV）三个基本条件。过渡金属硫化物作为另一类典型的二维材料，在单原子层状态下具有满足FET需求的非零直接带隙，例如MoS2(1.8 eV), WS2 (2.1 eV), MoTe2 (1.1 eV), WSe2 (1.7 eV)，因此在开关器件（如FET）方面有很高的应用前景。有鉴于此，悉尼大学JiabaoYi课题组近期在Nano-MicroLetters 上发表综述文章，详细总结了二维过渡金属硫化物（TMDC）材料制备方法、电子性能、以及TMDC电子器件的载流子迁移率研究进展。分析了TMDC电子器件兼顾高电子迁移率和高电流开关比所面临的难题。最后，列举出一系列提高TMDC器件载流子迁移率的方法并对该领域的发展前景作出展望。

文章引用信息

Sohail Ahmed, Jiabao Yi, Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides and Their Charge Carrier Mobilities in Field-Effect Transistors. Nano-Micro Lett.(2017) 9:50.

http://dx.doi.org/10.1007/s40820-017-0152-6

关键字

二维材料，过渡金属硫化物层，载流子迁移率，FET，异质结

此工作发表于Nano-Micro Letters期刊2017年第9卷第4期，详情请阅读全文，可免费下载。本文同步在期刊微信、微博、科学网博客、Facebook、Twitter等平台推出。以往推文请关注中文推广网站（http://nmsci.cn）。

作者介绍

Jiabao Yi

新加坡国立大学材料科学与工程学院，高级讲师/英国女王伊丽莎白二世研究员，获得Queen Elizabeth II Fellowship和Lee Kuan Yew Postdoctoral Fellowship等重大奖励，并成为新加坡材料研究学会会员和物理学研究所的成员。研究领域主要是先进磁性半导体材料在自旋电子器件中的发展应用。这一重大贡献得到了五本书的出版和78篇高影响力国际期刊论文的认可，总被引> 900，h指数高达17。其他还包括软磁性材料和硬磁材料的开发、磁性纳米材料的制备、多功能氧化物薄膜及纳米结构材料的制备和研究。

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图文导读

表 1 二维材料系[ 1, 9, 20，29, 42, 66 - 70 ]

图 1   液相剥离过程中的变化示意图: a) 嵌入层， b)离子交换，c)超声剥离，d) CVD过程示意图，e) 通过浸渍退火技术合成大面积的MoS2纳米片示意图

图 2  理想化的N-轨道结合FET

图 3  FET树状图

图 4  a-c )单层MoS2晶体管的制备工艺,  d-e) 单层MoS2晶体管的闸门压控制

图 5  a)有效的空穴迁移率作为一个栅过驱动功能 , b) p型单层WSe2装置的输出特性

图 6  a) 电子迁移率为介电常数函数，虚线表明流动性没有考虑SO声子，b) 临界杂质密度Ncr，c) 被不同电介质包围的单层MoS2的室温电子迁移率，d) 考虑各种散射机理的单层MoS2的室温网电子迁移作为杂质密度的函数（N）

图 7  a) 一种基于异质结构的MoS2场效应管、h-BN和石墨烯，b) 通过垂直堆叠二硫化钼（N型）和WSe2（P型）而制备的P–N结

图 8  单层2维TMDC材料的电荷载流子迁移率理论

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