基于二维WSex:Al薄膜小尺寸场效应晶体管的载流子输运特性

批准号:
61376091
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
冯丽萍
依托单位:
学科分类:
F0404.半导体电子器件与集成
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘正堂、谭婷婷、袁海、李宁、苏杰、陈帅、汪志强、陈继超、贾瑞涛
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中文摘要
小尺寸、高性能绝缘体上场效应晶体管(XOI FET)的研究是微电子技术发展的迫切要求。但小尺寸XOI p-FET面临驱动性能差、沟道迁移率低、稳定性差等关键问题亟待解决。本项目创新性地提出原子层沉积(ALD)均匀掺杂工艺实现Al掺杂WSe2(WSex:Al)薄膜中Al的均匀分布,获得具有高迁移率、稳定的p型导电二维WSex:Al薄膜,再以WSex:Al为沟道、以SrHfON为栅介质制备高驱动性能XOI p-FET。研究WSex:Al的ALD制备、微结构及物理特性,分析XOI p-FET的微结构及其对电学特性的影响。理论计算和实验相互验证,阐明WSex:Al薄膜p型导电特性的影响机理,揭示SiO2/WSex:Al与WSex:Al/SrHfON二元界面散射耦合作用机制,获得小尺寸XOI p-FET器件载流子输运特性的变化规律。为提高XOI p-FET驱动性能及丰富载流子输运理论提供科学依据。
英文摘要
The studies of a new generation of small size, high performance XOI FET have been an urgent requirement for the further development of microelectronics technology. However, these key problems in the study of XOI p-FET need to be solved urgently such as the poor drive performance of the device,low mobility and bad stability of p-channel material, et al. This project develops a new p-type conductive two dimensional WSex:Al thin film with high mobility, good stability and uniform distribution by using atomic layer uniform deposition process. Preparation of a XOI p-FET with the channel based on WSex:Al and high-k gate dielectric based on SrHfON. This project will study the ALD processes, micro-structure and physical properties of the WSex:Al film, and investigate the influnce of micro-structure on the electrical properties of the XOI p-FET. The mapping relationship between the electrical properties of small size XOI p-FET devices and micro-structure will be established. Theoretical calculations and experiments are verified mutually to obtain the p-type conductivity characteristics of WSex:Al thin film, reveal the interfacial scattering coupling mechanism between SiO2/WSex:Al and WSex:Al/SrHfON, and clarify the variation rule of carrier transport characteristics and effect mechanism of small size XOI p-FET device. This project will provide the experimental and scientific basis for further improving the drive performance of XOI p-FET and enriching carrier transport theory of XOI p-FET.
针对目前小尺寸、p型绝缘体上场效应晶体管(XOI p-FET)研究中所面临的驱动性能低、稳定性差等关键问题,本项目提出并开发一种新型、稳定的、p型导电沟道材料,即Al掺杂WSe2(WSex:Al)薄膜。首先,采用第一性原理对WSex:Al薄膜的结构和电学性质进行了理论预测,揭示了Al掺杂量对WSex:Al薄膜能带结构和物理性质的影响规律。随着Al掺杂量的增加,W-Se键的共价键性减弱,WSex:Al薄膜价带上方出现杂质能级,形成深能级缺陷,为了避免形成深能级缺陷和电荷捕获陷阱,Al的掺杂浓度不宜超过5%。接下来,采用等离子体原子层沉积(PEALD)工艺成功地制备出p型导电WSex:Al薄膜,系统地研究了PEALD沉积工艺、Al掺杂量对WSex:Al薄膜成分、结构和物理性质的影响规律。随着Al掺杂量的增大,薄膜结晶质量下降;薄膜中W和Se元素含量减小,W4f、Se 2p和Al 2s的结合能向低能方向移动;薄膜的载流子浓度先增大后减小,电阻率逐渐增大。在此基础上,研究了基于WSe2薄膜和WSex:Al薄膜场效应晶体管电学特性的变化规律。WSe2薄膜FET呈双极特性,而WSex:Al 薄膜FET呈p型传导特性。随Al掺杂量的增加,p-FET的迁移率表现出先增大后减小的趋势。当Al掺杂量较低时,金属/WSex:Al界面间电荷密度增大、界面电荷转移增加,金属/WSex:Al界面间的隧道势垒和肖特基势垒都相应的减小,因而FET的迁移率随Al掺杂量的增加而增大。当Al掺杂量较大时,WSex:Al薄膜的结晶质量下降,使得晶界对载流子的散射作用增强,高的Al掺杂量也会形成深能级缺陷以及较高的费米钉扎效应,因而p-FET的迁移率随Al掺杂量的增加而降低。通过本项目的研究,获得了制备和优化p型导电WSex:Al薄膜的途径,阐明了以WSex:Al薄膜为沟道XOI p-FET器件电学特性变化规律,揭示了金属电极/WSex:Al界面微结构对XOI p-FET器件载流子输运特性的影响规律及影响机理。本项目的研究为进一步丰富p型导电沟道材料及其制备方法奠定了基础,为提高XOI p-FET器件的驱动性能及丰富XOI p-FET器件的载流子输运理论提供充实的实验和科学依据。
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Effect of substrate temperature on the electrical characteristics of MoSex thin films and back-gated MoSex transistors
衬底温度对MoSex薄膜和背栅MoSex晶体管电特性的影响
DOI:10.1016/j.jallcom.2014.10.107
发表时间:2015-02
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:LiN LiuZT FengLP
通讯作者:LiN LiuZT FengLP
Composition and optical properties of amorphous Al-MoSexOy thin films and electrical characteristics of Al-MoSexOy field effect transistors
非晶Al-MoSexOy薄膜的组成、光学性质以及Al-MoSexOy场效应晶体管的电学特性
DOI:10.1016/j.vacuum.2015.07.014
发表时间:2015-11
期刊:VACUUM
影响因子:4
作者:LiN SuJ FengLP
通讯作者:LiN SuJ FengLP
Tuning the electronic properties of Ti-MoS2 contacts through introducing vacancies in monolayer MoS2
通过在单层 MoS2 中引入空位来调节 Ti-MoS2 接触的电子特性
DOI:10.1039/c5cp00008d
发表时间:2015-03-14
期刊:PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
影响因子:3.3
作者:Feng, Li-ping;Su, Jie;Liu, Zheng-tang
通讯作者:Liu, Zheng-tang
First-Principles Study of Electronic Structure of Orthorhombic SrHfO3 under Pressure
压力下斜方SrHfO3电子结构的第一性原理研究
DOI:10.1016/s1875-5372(15)60013-3
发表时间:2014-11
期刊:RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING
影响因子:0.7
作者:FengLP JiaRT
通讯作者:FengLP JiaRT
Optical and electrical properties of Al-WS2 films via H2S sulfurization of Al-WOx
Al-WOx 的 H2S 硫化过程中 Al-WS2 薄膜的光学和电学性能
DOI:10.1016/j.matdes.2015.12.011
发表时间:2016-02-15
期刊:MATERIALS & DESIGN
影响因子:8.4
作者:Li, Ning;Feng, Li-ping;Liu, Zheng-tang
通讯作者:Liu, Zheng-tang
Bi/BiOBr异质结的制备及其宽波段非对称增强自驱动光电探测
- 批准号:62375227
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:49万元
- 批准年份:2023
- 负责人:冯丽萍
- 依托单位:
新型高迁移率二维Bi2OS2的可控制备及其高性能光电探测
- 批准号:62074130
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59万元
- 批准年份:2020
- 负责人:冯丽萍
- 依托单位:
二维单层NbxW1-xS2两步法制备及其场效应晶体管界面调控研究
- 批准号:11674265
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:冯丽萍
- 依托单位:
新型高k栅介质SrHfON薄膜的制备与物理特性研究
- 批准号:50902110
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:21.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:冯丽萍
- 依托单位:
国内基金
海外基金
