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《过渡金属二硫化物的界面铁电性》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2022-01-24

  • 麻省理工学院Pablo Jarillo-Herrero教授课题组，报道了一类新的纳米厚度的二维铁电半导体，其中单个组分分别为非铁电单层过渡金属二硫化物(TMDs)，即WSe2，MoSe2，WS2和MoS2。通过将两个相同的单层TMD平行叠加，得到了具备电学反转特性的菱面体堆叠构型，其面外极化被面内滑动翻转。用压电力显微镜观察到了莫尔(moiré )铁电畴和电场诱导的畴壁运动，可以制备近似平行堆积的双层膜。此外，通过在铁电场晶体管的几何结构中使用近邻的石墨烯电子传感器，这项研究量化了铁电体内置的层间电势，与第一性原理计算很好地吻合。这四种新型TMD的半导体铁电性为研究铁电性与其丰富的电学和光学性质之间的相互作用开辟了可能。相关论文以题为“Interfacial ferroelectricity in rhombohedral-stacked bilayer transition metal dichalcogenides”发表在Nature Nanotechnology上。

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相关报告

  • 《美韩合作开发出一种制造晶圆级过渡金属二硫化物场效应晶体管的方法》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：李衍
    • 发布时间：2023-01-31
    • 过渡金属二硫化物（TMD）是一种基于过渡金属和硫属元素的化合物，具有良好的电子和机械性能，目前在基础材料和器件开发方面取得了不少重要进展。二维（2D）材料与不同衬底（包括金属、绝缘体和其他二维材料）之间的界面特性是决定二维场效应晶体管（FET）性能和可靠性的关键。由于2D TMD材料和基板界面处的黏附能力（interfacial adhesion energy，IAE）较弱，且传统的光刻工艺（如：光化学反应和化学蚀刻）往往会损坏原子薄材料，在整个晶圆上实现可靠的器件集成仍然是一个挑战，2D TMD尚未被用于大规模制造晶体管。 韩国三星电子和美国芝加哥大学的研究团队开发出一种制造方法，可以在晶圆级尺度上可靠地集成基于TMD的场效应晶体管。研究团队表明2D材料和不同基材之间的IAE值可以使用四点弯曲法（four-point bending method）进行量化，并开发了用于图案化MoS2的黏附光刻工艺。新方法基于光刻技术，是一种在不同材料样品之间形成纳米级间隙的创新技术。研究人员使用这种方法在六英寸晶圆上制造了超过10000个?MoS2 FET，产率约为100%。 未来研究人员将进一步完善和改进该制造方法，以实现TMD基FET的大规模制造。 论文信息：Van Luan Nguyen, Minsu Seol, Junyoung Kwon, et al. Wafer-scale integration of transition metal dichalcogenide field-effect transistors using adhesion lithography [J]. Nature Electronics, 2022. https://www.nature.com/articles/s41928-022-00890-z
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  • 《日本东京都立大学制备出基于过渡金属二硫化物的多层面内异质结构》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：李衍
    • 发布时间：2023-05-04
    • 据EurekAlert网4月22日消息，日本东京都立大学研究团队制备出过渡金属二硫化物（TMDC）的多层纳米结构，这些纳米结构在平面内连接形成多层面内异质结构，可用于制造高性能隧道场效应晶体管（TFET）。研究人员使用化学气相沉积（CVD）技术，从安装在基板上的堆叠晶面（掺杂铌的二硫化钼碎片）边缘生长出不同的TMDC多层纳米结构，使TMDC之间形成厚pn结，具有前所未有的高载流子浓度。相关研究成果发表在《ACS纳米》（ACS Nano）期刊上。 场效应晶体管（FET）是几乎所有数字电路中的重要部件，根据施加的电压控制电流。尽管金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）目前在市场上占据主导地位，但研究人员正在寻找下一代材料，以制造越来越高效、紧凑、功耗更低的器件。隧穿场效应晶体管（TFET）是一种很有前途的替代方案，它依赖于量子隧穿，使电子能够通过由于量子力学效应而看似无法通过的势垒。然而，真正实现这种技术仍然是一个挑战。 日本东京都立大学（Tokyo Metropolitan University，TMU）副教授Yasumitsu Miyata领导的研究团队专注于用过渡金属二硫属化合物（TMDCs）制造纳米结构，TMDCs是过渡金属和第16族元素的混合物，TMDC因其独特的财产而成为TFET的理想候选产品。研究人员在将单原子厚的晶体TMDC片层缝合在一起方面取得了显著的成功，现在他们已经将重点转移到多层TMDC结构上。利用化学气相沉积（CVD），他们可以从安装在衬底上的堆叠晶面边缘生长不同的TMDC，从而形成具有多层的平面内结。先前关于TMDC结的工作主要涉及堆叠在一起的单层，因为事实证明，在平面内结中难以实现TFET所需的高空穴和电子浓度。 在使用二硒化钨生长的二硫化钼验证了该技术后，研究人员转向了掺杂铌的二硫化钼，一种p型半导体。通过生长出未掺杂的二硫化钼（一种n型半导体）的多层结构，该团队在具有异常高载流子浓度的TMDC之间形成了厚的p-n平面结。他们还发现，该结表现出负微分电阻（NDR）趋势，这是隧道的一个关键特征，也是将这些纳米材料掺入TFET的关键第一步。值得注意的是，该团队的方法在大面积上是可扩展的，因此适用于电路制造。这一突破性的发展为现代电子的未来带来了巨大的希望，预计这些创新材料将进入各种应用。
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