Настройка уровня Ферми для повышения стабильности двумерных полевых транзисторов на основе графена

Прочитано: 106 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Двумерные (2D) полупроводники представляют собой класс полупроводниковых материалов толщиной в атомном масштабе. Эти материалы обладают многочисленными полезными свойствами, в том числе хорошей подвижностью при толщине менее 1 нм, что делает их особенно перспективными для разработки полевых транзисторов (FET) и других электронных, фотонных и оптоэлектронных компонентов.

Несмотря на свои преимущества, когда они используются для создания электронных компонентов , эти материалы часто демонстрируют ограниченную электрическую стабильность. Основная причина этого заключается в том, что носители заряда, происходящие из полупроводников, могут взаимодействовать с дефектами в изоляторах, которые окружают материалы внутри устройств, снижая стабильность устройств.

Исследователи из TU Wien и AMO GmbH недавно продемонстрировали стратегию, которую можно использовать для повышения стабильности полевых транзисторов на основе 2D-материалов. Эта стратегия, представленная в статье, опубликованной в Nature Electronics, влечет за собой настройку уровня Ферми 2D- материалов , гарантируя, что он максимизирует энергетическое расстояние между носителями заряда и дефектами в изоляторе затвора во время работы устройства.

«В полевых транзисторах результирующие захваченные заряды могут привести к большому гистерезису и дрейфу устройств, особенно когда используются обычные аморфные оксиды затвора (такие как диоксид кремния или гафния), что препятствует стабильной работе схемы», — пишут исследователи в своей статье. «Мы показываем, что стабильность устройства в полевых транзисторах на основе графена с аморфными оксидами затвора может быть улучшена путем настройки уровня Ферми».

В своих экспериментах исследователи протестировали различные графеновые полевые транзисторы с оксидом алюминия (Al 2 O 3 ) в качестве оксида верхнего затвора и сравнили их характеристики. В одной из протестированных ими партий устройств также использовался графеновый слой, легированный р-типом.

«Мы намеренно настроили уровень Ферми канала, чтобы максимизировать энергетическое расстояние между носителями заряда в канале и дефектными зонами в аморфном оксиде алюминия под затвором», — объясняют исследователи в своей статье.

Интересно, что исследователи обнаружили, что их подход улучшил стабильность транзисторов. Фактически, партия полевых транзисторов, настроенных по методу Ферми в сторону от дефектов оксида алюминия (т. е. та, которая была наиболее легирована p), приводила к более низкому гистерезису и температурной нестабильности смещения, двум характеристикам, обычно связанным с рабочей нестабильностью.

Команда дополнительно проверила эффективность своего подхода, запустив серию симуляций автоматизированного проектирования (TCAD). Это компьютерное моделирование , часто используемое для моделирования полупроводниковых устройств и процессов.

«Захват заряда очень чувствителен к энергетическому совмещению уровня Ферми канала с дефектной зоной в изоляторе, и, таким образом, наш подход максимизирует количество электрически активных граничных ловушек без необходимости уменьшать общее количество ловушек в изолятор », — добавили исследователи в своей статье.

Недавняя работа этой группы исследователей подчеркивает необходимость выбора подходящих конструкций устройств на основе 2D-полупроводников для обеспечения надежной и стабильной работы. В будущем подход, представленный в их статье, может быть использован для повышения стабильности полевых транзисторов на основе двумерного графена.

Более того, та же стратегия потенциально может быть применима к широкому кругу изоляторов, включая кристаллические изоляторы. В своих следующих исследованиях исследователи планируют дополнительно протестировать предложенную стратегию, чтобы определить уровни стабильности, которые она может обеспечить при различных комбинациях материалов.

Настройка уровня Ферми для повышения стабильности двумерных полевых транзисторов на основе графена



Новости партнеров