WS₂场效应晶体管的表面电子掺杂

摘要

二硫化钨（WS₂）属于过渡金属硫族化合物（TMDs）材料，具有较宽的可调带隙（1.3～2.1 e V），缺陷密度相对较低，且有超高的表面积比，可通过外界掺杂或相变处理来改善载流子传输性能，在低功耗场效应晶体管和超灵敏光电探测器等领域有广阔的应用前景。采用微机械剥离的方法将多层WS₂薄膜转移到氧化铪（HfO₂）介质层上，制备出具有高栅控、低功耗的WS2背栅场效应晶体管，通过注入三乙胺（TEA）实现WS₂薄膜的表面电子掺杂。实验结果表明，修饰后的多层WS₂薄膜的面内振动模式有轻微位移，拉曼特征峰强度变弱，证明三乙胺溶液能有效增加WS₂薄膜内的电子浓度；薄膜与金属电极之间的欧姆接触良好，器件的电子迁移率由10.87 cm²·V^-1·s^-1提升到24.89 cm²·V^-1·s^-1，室温下的电流开关比保持在106，亚阈值摆幅为190.11 m V/dec。结合理论分析TEA对WS₂原子薄层的掺杂机理，TEA通过表面电荷转移的方式来增加WS₂半导体内的电子浓度，完成WS₂背栅场效应晶体管的n型掺杂。器件较高的电流开关比及电子迁移率的提升证明了TEA的表面修饰能有效调控多层WS₂晶体管器件的电子传输特性。

关键词

二硫化钨 / High-K / 三乙胺 / 背栅晶体管 / 电学性能