奧胡斯大學NPG Asia Materials：WSe2晶體管的雙極性輸運行為和他在模擬電路中的應用

奧胡斯大學NPG Asia Materials：WSe₂晶體管的雙極性輸運行為和他在模擬電路中的應用

【本文亮點】

（1）利用電場力顯微鏡研究了1-40層WSe₂的電場屏蔽效應，發現1-3層WSe₂屏蔽行為與二維模式的非線性Thomas-Fermi理論相符合；而4-40層WSe₂的屏蔽行為則趨向于三維Thomas-Fermi理論，呈現了WSe₂的維度效應。

（2）研究了1-40層WSe₂場效應晶體管的電學性質，對其載流子濃度，遷移率，雙極性行為進行了深入的分析討論。

（3）研究了WSe₂厚度與金半接觸勢壘的依賴關系，發現肖特基勢壘主要體現在空穴區域，且隨著層數的增加，空穴導電的肖特基勢壘逐漸降低。

（4）將WSe₂晶體管與Kelvin力顯微鏡相結合，研究了WSe₂功函數與外電場的依賴關系，揭示了外電場對WSe₂費米能級的調制效應及WSe₂雙極性場效應的本質。

（5）構建了基于雙極性WSe₂晶體管的模擬電路，呈現出由門電壓可調節的同向/反向電路。

【引言】

相對于單極性晶體管而言，雙極性晶體管能夠很容易的通過調節門電壓使其工作在n-type半導體或者p-type半導體。因此雙極性晶體管有望更高效地簡化電路設計并節約CMOS設計空間。石墨烯和黑磷具有雙極性電場效應。然而石墨烯受限制于其零帶隙的特點而很難應用于邏輯器件中。黑磷雖然具有可觀的帶隙，但是其對大氣比較敏感而較難應用于實際器件中。

【成果簡介】

近日，丹麥奧胡斯大學的Dong?Mingdong教授（通訊作者）團隊，深入研究了一種新型的雙極性WSe₂半導體的電輸運性質。他們采用電場力顯微鏡，表面電荷顯微鏡等技術對1-40層厚度的WSe₂開展了一系列的研究。相關成果以題為“The ambipolar transport behavior of WSe₂?transistors and its analogue circuits”發表在了NPG Asia Materials上，受到編輯部高度評價，并同期刊發Research Summary進行點評。文章第一作者Zegao Wang。

【圖文解析】

圖1. 1-40層厚度WSe₂的介電屏蔽效應研究

圖2. 室溫1-40層WSe₂晶體管的電學輸運性質

圖3. 低溫研究不同厚度WSe₂晶體管的電子、空穴遷移率、肖特基勢壘及雙極性行為

圖4. 原位測量WSe₂功函數隨外電場的調制效應，揭示其雙極性行為。

圖5. 基于雙極性WSe₂晶體管反向電路的性能

【總結與展望】

本文系統深入的研究了WSe₂電輸運性質。采用電場力顯微鏡研究了其表面有效電荷，揭示了其厚度依賴的介電屏蔽效應。研究了室溫、低溫下WSe₂晶體管的電學性質，分析了其電子、空穴、肖特基勢壘等物理參量。 最后，通過將表面電荷顯微鏡和晶體管相結合，從電子結構方面研究了WSe₂雙極性輸運的本質。

【文獻連接】

Zegao Wang, Qiang Li, Yuanfu Chen, Bianxiao Cui, Yanrong Li, Flemming Besenbacher & Mingdong Dong，The ambipolar transport behavior of WSe₂?transistors and its analogue circuits，NPG Asia Materials，2018,?https://doi.org/10.1038/s41427-018-0062-1?

材料牛編輯整理。

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