【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著現(xiàn)代社會對計算能力需求的持續(xù)攀升，傳統(tǒng)的硅基集成電路正面臨前所未有的挑戰(zhàn)。短溝道效應(yīng)、嚴(yán)重發(fā)熱以及高昂的處理成本等問題，使得當(dāng)前最先進的硅基集成電路逐漸陷入發(fā)展瓶頸，難以滿足日益增長的高性能計算需求。在此背景下，二維半導(dǎo)體憑借其獨特的物理特性，如原子級厚度、極少數(shù)懸空鍵、高載流子遷移率以及強大的柵極控制能力，被廣泛認(rèn)為是延續(xù)摩爾定律的理想溝道材料，有望為半導(dǎo)體技術(shù)的進一步發(fā)展提供新的解決方案。
然而，盡管二維半導(dǎo)體展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，目前的研究進展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。大多數(shù)已被研究的二維半導(dǎo)體材料，尤其是過渡金屬二硫化物(TMDCs)，大多表現(xiàn)出N型或雙極性導(dǎo)電特性。這一現(xiàn)象的主要原因是界面電荷雜質(zhì)和材料本身結(jié)構(gòu)缺陷所導(dǎo)致的強電子摻雜效應(yīng)。此前，為實現(xiàn)P型導(dǎo)電行為，研究者們主要依賴串聯(lián)金屬接觸、電門控以及化學(xué)摻雜等方法。但這些方法受限于缺乏高性能的本征P型半導(dǎo)體材料，導(dǎo)致肖特基勢壘和接觸電阻顯著增加。此外，低空穴傳輸效率問題也較為突出，其根源在于價帶邊緣軌道的強雜化作用引發(fā)了電子局域化現(xiàn)象。這些因素共同作用，嚴(yán)重阻礙了P型半導(dǎo)體在高速、低功耗互補邏輯電路以及范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件中的實際應(yīng)用。鑒于此，探索并直接合成高性能本征P型二維半導(dǎo)體已成為當(dāng)前半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的迫切需求。近年來，這一方向逐漸成為兼具戰(zhàn)略性和前沿性的研究熱點，吸引了全球科研人員的高度關(guān)注和深入探索。
有鑒于此，近日，南京理工大學(xué)曾海波、陳翔教授團隊報道了一種新型三元P型層狀半導(dǎo)體In2Ge2Te6，并通過創(chuàng)新性的雙步CVT法成功制備出高質(zhì)量的In2Ge2Te6單晶。實驗結(jié)果顯示，該材料具有0.81 eV的直接帶隙，以及0.27的低空穴有效質(zhì)量。進一步利用機械剝離法從體單晶中獲得了厚度低至0.4 nm(單層)的二維In2Ge2Te6納米片。理論計算預(yù)測，二維六方相In2Ge2Te6有約0.20的低空穴有效質(zhì)量和高達379 cm2 V-1 s-1(單層)及2271 cm2 V-1 s-1(雙層)的高空穴遷移率?；谶@些優(yōu)異特性，研究團隊采用二維In2Ge2Te6作為溝道材料，成功制備出厚度低至幾納米的底柵場效應(yīng)晶體管(FET)器件。實驗表明，器件性能與厚度密切相關(guān)，當(dāng)厚度為13 nm時，實現(xiàn)了最高的室溫空穴遷移率43 cm2 V-1 s-1和105的開關(guān)電流比。本文的工作不僅為高性能P型二維半導(dǎo)體材料的研究提供了新的方向，也為推動半導(dǎo)體技術(shù)的進一步發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。
圖文導(dǎo)讀
圖1.塊體In2Ge2Te6單晶的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)
圖2.二維In2Ge2Te6納米片的形貌和原子結(jié)構(gòu)
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