Использование 2D-оксида перовскита в качестве фотоактивного диэлектрика затвора с высоким κ

Прочитано: 71 раз(а)


Двумерные (2D) сверхпроводящие материалы оказались перспективными для разработки миниатюрных оптоэлектронных устройств. Однако, чтобы хорошо работать и потреблять меньше энергии, этим меньшим устройствам требуется более высокая емкость затвора (т. е. затворы, которые могут хранить больше электрического заряда пропорционально приложенному напряжению).

Один из подходов к увеличению емкости затвора без уменьшения толщины изоляторов затвора или диэлектриков затвора влечет за собой использование изолирующих материалов с высокой диэлектрической проницаемостью (κ), таких как оксид гафния (HfO 2 ). Хотя это могло бы быть выгодным решением, оказалось, что эти материалы сложно интегрировать с 2D-полупроводниками.

Исследователи из Фуданьского университета недавно получили 2D-оксид перовскита с высоким κ, который можно интегрировать с различными материалами с 2D-каналами. Их статья , опубликованная в журнале Nature Electronics , может открыть новые возможности для будущего уменьшения масштабов оптоэлектроники.

«Диэлектрики затвора с высокой диэлектрической проницаемостью (high-κ), совместимые с двумерными (2D) полупроводниками, необходимы для масштабируемых оптоэлектронных устройств», — пишут Сиюань Ли, Синья Лю и их коллеги в своей статье.

«Однако обычные трехмерные диэлектрики трудно интегрировать с двумерными материалами с поверхностями без оборванных связей. Мы показываем, что двумерный оксид перовскита Sr 2 Nb 3 O 10 , полученный нисходящим подходом, может быть интегрирован с различными 2D-канальные материалы».

Sr 2 Nb 3 O 10 , двумерный оксид перовскита, представленный в статье исследователей, был синтезирован по нисходящей стратегии подготовки. После того, как они подготовили нанолисты SNO, они смогли перенести их на различные 2D-материалы.

Примечательно, что Sr 2 Nb 3 O 10 имеет высокое значение κ, равное 24,6, и умеренную ширину запрещенной зоны. Эти выгодные характеристики позволяют использовать его в качестве фотоактивного диэлектрика с высоким κ для фототранзисторов на основе различных 2D полупроводниковых материалов, включая графен, дисульфид молибдена , дисульфид вольфрама и диселенид вольфрама.

Чтобы оценить перспективность синтезированного двумерного оксида перовскита для разработки миниатюрной оптоэлектроники, исследователи перенесли его на различные материалы каналов, включая дисульфид молибдена и дисульфид вольфрама. Затем они проверили работу транзисторов, объединяющих эти материалы с Sr 2 Nb 3 O 10 .

«Транзисторы на основе дисульфида молибдена имеют коэффициент включения/выключения 10 6 при напряжении питания 2 В и подпороговом размахе 88 мВ дек -1 », — пишут Ли, Лю и их коллеги в своей статье.

«Фототранзисторы на основе дисульфида вольфрама имеют отношение фототока к темновому току ~10 6 и чувствительность к ультрафиолетовому (УФ) излучению 5,5 × 10 3  А Вт -1 при освещении видимым или УФ-светом из-за комбинированного эффекта управления затвором и переноса заряда. из диэлектрика фотоактивного затвора».

Первоначальные результаты, полученные этой командой исследователей, были весьма многообещающими, поскольку они смогли успешно интегрировать оксид перовскита с различными материалами каналов, следуя простой процедуре. Кроме того, было обнаружено, что четко определенный интерфейс между полупроводником и диэлектриком, а также высокое значение κ Sr 2 Nb 3 O 10 позволяют эффективно управлять затвором материалов каналов.

«Мы также показываем, что фототранзисторы с фотоактивным диэлектриком могут обеспечивать двухдиапазонное фотодетектирование УФ-видимого света, при котором УФ- и видимый свет различаются на отдельных выводах», — пишут исследователи в своей статье.

Эта недавняя работа Ли, Лю и их сотрудников вскоре может проложить путь к синтезу дополнительных 2D-оксидов перовскита, которые можно будет интегрировать с существующими полупроводниками и канальными материалами. В совокупности эти двумерные оксиды перовскита могут быть использованы для разработки более компактной, более производительной и энергоэффективной электроники или оптоэлектроники.

Использование 2D-оксида перовскита в качестве фотоактивного диэлектрика затвора с высоким κ



Новости партнеров