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基于二维材料的垂直双异质结双极晶体管,具有高电流放大能力
摘要: 异质结双极晶体管(HBT)与传统的同质结双极晶体管不同,其发射极-基极-集电极各层由不同的半导体材料构成。基于二维材料(2DM)的异质结因其广泛的本征物理和电学特性而备受关注。此外,通过范德华力形成的无应变异质结构可实现真正的带隙工程,无需考虑晶格常数失配。这些特性使得制造高性能异质结器件(如传统外延技术难以实现的HBT)成为可能。本文采用干法转移技术,利用垂直堆叠的二维材料(n-MoS2/p-WSe2/n-MoS2)构建了NPN型双异质结双极晶体管(DHBT)。实验观测到DHBT中基极-发射极和基极-集电极两个PN结的形成。这种由二维材料构成的NPN型DHBT展现出优异的电学特性,具有高度放大的电流调制能力。这些成果有望拓展基于各类二维材料的异质结电子器件的应用领域。
关键词: 二维材料、二硒化钨、P-N结、异质结双极晶体管、二硫化钼
更新于2025-09-23 15:23:52
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单层WSe?晶体管中谷霍尔效应对载流子自旋的空间分离
摘要: 我们利用20K下的光学克尔旋转测量研究了单层WSe2场效应晶体管中的谷霍尔效应(VHE)。虽然此前对VHE的研究主要集中在n型掺杂的MoS2上,但我们观察到WSe2在n型和p型掺杂区均呈现VHE??昭ú粼邮垢貌牧霞鄞拇笞孕至训靡韵韵???硕饬刻讲饬薞HE诱导的谷载流子不平衡的空间分布。在电流作用下,我们观察到晶体管沟道边缘存在明显的自旋-谷极化。通过分析克尔旋转强度,我们推断在p型掺杂区边缘区域积分的自旋-谷密度为44个自旋/微米。假设自旋扩散长度小于0.1微米,这对应着空穴的自旋-谷极化率超过1%。
关键词: 磁光克尔效应、二硒化钨、谷电子学、自旋电子学
更新于2025-09-23 15:23:52
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门控可调谐热致金属-绝缘体转变在VO?中实现,并单片集成于WSe?场效应晶体管内
摘要: 二氧化钒(VO?)因其在室温附近发生电阻率阶跃变化的金属-绝缘体相变(MIT),有望成为开关与传感器件的构建基础。实现VO?多功能应用的关键挑战在于通过场效应器件结构中的栅压调控相变。本研究展示了一种基于VO?微米线的栅控阶跃开关器件——该VO?微米线通过范德华堆叠与二维二硒化钨(WSe?)半导体实现单片集成。我们以VO?微线作为漏极接触、钛作为源极接触、六方氮化硼作为栅介质,制备了WSe?晶体管。观测发现该晶体管呈现双极传输特性,且电子分支电导率更高。在VO?相变临界温度以下,电子电流随栅压连续增大;接近临界温度时,电流在特定栅压下出现突变的非连续阶跃,表明接触的VO?相变由栅压介导的自热效应引发。本研究为通过二维半导体范德华堆叠开发栅控可调VO?器件奠定了基础,在电子与光子学应用领域具有重要潜力。
关键词: 二维材料、场效应晶体管、二硒化钨、相变材料、二氧化钒、金属-绝缘体转变、范德华异质结构
更新于2025-09-23 15:22:29
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[IEEE 2019器件研究会议(DRC) - 美国密歇根州安娜堡(2019.6.23-2019.6.26)] 2019年器件研究会议(DRC) - 静电掺杂横向p-n同质结实现的可调谐WSe?光电晶体管
摘要: 本研究展示了一种通过向晶体管沟道引入以侧栅形式存在的静电掺杂横向p-n结来调节WSe2光电晶体管响应度和探测率的方法。该方法通过向导电沟道注入外部载流子,降低了暗电流并增强了光电流,从而实现了具有快速响应时间(τ)的改进型光电探测。
关键词: 光电探测、光电晶体管、横向p-n结、静电掺杂、二硒化钨
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过化学气相沉积中材料厚度的光刻编码实现混合单层/体硒化钨晶体管
摘要: 其类块体(三维)部分可用于金属接触及向金属二硫化物(TMD)晶体管高效注入电荷;由于二维材料中载流子数量较少,研究表明在化学气相沉积TMD薄膜前对生长衬底进行光刻预构图,能将TMD材料塑造成纳米级混合二维/三维结构——相比传统块体肖特基势垒,这种结构能显著提升性能。我们通过氧化铪区域的光刻图案化,在裸露二氧化硅区生长出单层(二维)区域作为具有优异迁移率的晶体管沟道,并形成类肖特基势垒。对于单层过渡半导体而言,金属接触的屏蔽效率低下会导致大耗尽区,这是其性能的重要限制因素。我们在接近100°C的实际工作温度下(通过300nm氧化层),观察到底部栅控TMD生长器件具有近100 cm2V?1s?1的迁移率和>10?的开/关比。类块体三维WSe?在氧化铪位置生长,而二维区域则形成相对较长的沟道(>5微米)且无需其他接触优化。该工艺通过在SiO?/Si衬底上预先光刻图案化二氧化铪(IV)薄膜,使单层混合材料在裸露二氧化硅区域生长。系统评估了器件的传输数据,由此可提取混合单层材料的肖特基势垒高度等基本特性。
关键词: 二硒化钨,肖特基势垒,过渡金属硫族化合物,二维材料
更新于2025-09-23 15:21:01
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非易失性可编程二硒化钨(WSe?)光电探测器
摘要: 具有非易失性存储功能的新型光电器件是诸多应用领域的重要组成部分,其应用范围涵盖以光学刺激作为附加参数的光电随机存取存储器,到试图模拟人脑工作模式的人工神经形态网络等复杂系统。近年来,二维材料因其优异的光电特性和对外部电场的高灵敏度,成为构建此类存储型光电器件的理想候选材料。本研究报道了一种可作为非易失性可编程光电探测器工作的二硫化钨(WSe2)单层p-n结器件——通过采用内置电荷俘获层的分裂栅极结构,该器件能长期保持用户预设的响应度值。配置完成后,该探测器无需外加偏置电压即可作为自驱动光电探测器工作,同时依靠浮栅存储的电荷也无需外部门极电压。此外,该器件展现出卓越性能:在约270 W m?2白光照射下开路电压达1 V左右,填充因子高于30%,并具备快速响应特性。这种可编程光电探测器为构建更复杂的图像传感系统提供了全新核心元件概念。
关键词: 可编程光电探测器、二硒化钨、二维材料、光电探测器、浮栅、非易失性存储器
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过荧光寿命成像测量揭示单层和多层WSe?中激子动力学的层依赖特征
摘要: 二维(2D)过渡金属硫族化合物(TMD)材料因其卓越的电子和光学特性引起了显著关注。然而,关于其复杂激子特性及预期会影响光电器件性能的激子动力学过程,目前知之甚少。荧光过程能很好地揭示激发后激子跃迁的过程。本研究首次通过荧光寿命成像显微镜(FLIM)探究了室温下层状WSe?中层依赖的激子动力学特性。本文重点研究两种主要激子类型:直接跃迁中性激子和三激子。与中性激子寿命(四层内<0.3纳秒)相比,三激子具有更长寿命(四层内约6.6纳秒),且随层数增加而延长。我们将较长寿命归因于较厚WSe?中三激子数量增加及其构型多样性。此外,当WSe?薄片从单层增至四层时,整体平均寿命增幅超过10%。本研究提供了一种新颖的可调控层依赖方法来控制激子动力学过程,并发现了室温下三激子相对较长的跃迁寿命,为未来研究基于TMD的光电器件中的电荷传输奠定了基础。
关键词: 二维(2D)二硒化钨(WSe2)、荧光寿命、荧光寿命成像显微镜(FLIM)、激子动力学、密度泛函理论(DFT)
更新于2025-09-23 15:19:57
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WSe?垂直场发射晶体管
摘要: 我们首次报道了通过化学气相沉积在SiO2/Si衬底上合成的二硒化钨(WSe2)单层膜中栅控场发射电流的观测结果。在高真空环境下,采用镍接触的WSe2单层背栅晶体管展现出n型导电特性及依赖漏极偏压的转移特性,这分别归因于氧/水的脱附效应和漏极诱导的肖特基势垒降低效应。栅压调控的n型导电性实现了场发射现象——即通过量子隧穿效应提取电子,即便从WSe2单层的平坦区域亦可实现。该电子发射在约100 V/μm的电场强度下发生,并表现出良好的时间稳定性。值得注意的是,场发射电流可通过背栅电压进行调控。由此我们展示了首个基于WSe2单层的场发射垂直晶体管,这为进一步优化新型WSe2器件在真空电子学中的应用奠定了基础。
关键词: 二硒化钨、场发射、单层、晶体管、真空电子学
更新于2025-09-23 13:36:57
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二维金属硫族化合物-铁电氧化物异质结构中由自发极化控制的 光响应
摘要: 二维(2D)半导体/铁电氧化物结构中自由电荷与束缚电荷的相互作用,造就了这些结构独特的光电特性。本研究将二维层状半导体MoS2(n型)和WSe2(p型)与铁电氧化物(PbTiO3)垂直复合,发现铁电极化会在层状材料中诱导产生载流子积累或耗尽现象。该异质结构展现出极化依赖的电荷分布与夹断型磁滞回线。研究表明界面极化能促进二维层中光生载流子的高效分离,并在MoS2层中有效实现了电输运的光学调控。这项研究为半导体/铁电体系在电子器件中的新型应用开辟了可能。
关键词: 光电特性、光学调控、二硫化钼、二维半导体、铁电氧化物、钛酸铅、电荷分离、二硒化钨
更新于2025-09-19 17:13:59
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用于二维范德华异质结太阳能电池表面钝化的六方氮化硼
摘要: 二维(2D)半导体因其优异的电学和光学特性,以及能通过简单工艺形成高质量范德华(vdW)异质结的能力,有望成为太阳能电池的活性材料。此外,这些二维材料的原子级薄度使其能够实现轻量化、透明化的薄膜太阳能电池。但目前针对其性能优化的策略尚未得到充分研究。本文提出通过引入六方氮化硼(h-BN)作为表面钝化层来降低二维vdW太阳能电池电损耗的方法,该方法成功提升了MoS?/WSe?太阳能电池的光伏性能——特别是由于短路电流和开路电压的大幅提升,我们观察到约74%的功率转换效率改善。这种显著的性能提升源于非重叠半导体区域结区与表面复合速率的降低,该结论已通过时间分辨光致发光分析得到证实。此外,h-BN顶层还提高了测试二维电池在环境条件下的长期稳定性。经过一个月的观测发现,h-BN钝化有效抑制了MoS?/WSe?太阳能电池的退化速度,其降解速率仅为未钝化电池的一半。本研究表明h-BN能成功抑制二维vdW异质结太阳能电池在环境条件下的电损耗与性能退化。
关键词: 表面钝化、太阳能电池、二硫化钼(MoS?)、二硒化钨(WSe?)、二维材料、范德华异质结、六方氮化硼(h-BN)
更新于2025-09-16 10:30:52