一種為二維器件生產(chǎn)有圖案過(guò)渡金屬雙胞脲層的技術(shù)

韓國(guó)蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究院(UNIST)的研究人員最近介紹了一種方法，用于生產(chǎn)薄而有圖案的過(guò)渡金屬雙胞脲薄膜，并將其集成到二維金屬半導(dǎo)體中。他們的合成技術(shù)，發(fā)表在《自然電子》雜志上的一篇論文中，可以緩解現(xiàn)有的基于2d材料的電子產(chǎn)品的高接觸電阻所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

石墨烯是一種非常適合發(fā)展電子學(xué)的材料，自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其他具有類(lèi)似特性的二維層狀材料受到了廣泛關(guān)注。這些材料包括過(guò)渡金屬硫族化合物，如雙碲化鎢和雙碲化鉬(WTe2和MoTe2)。

這些過(guò)渡金屬雙碲化物是一類(lèi)過(guò)渡金屬硫族化合物，表現(xiàn)出獨(dú)特和非凡的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。它們?cè)诹孔佑?jì)算機(jī)、晶體管和相變存儲(chǔ)器等幾項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展上顯示出了巨大的潛力。

研究人員之一的Soon-Yong Kwon教授告訴TechXplore:“大多數(shù)使用2-D過(guò)渡金屬雙水化物的研究都只利用了大塊單晶的機(jī)械剝落薄片，這阻礙了材料的實(shí)際應(yīng)用?！贝送猓饘倥c半導(dǎo)體之間的界面缺陷會(huì)引發(fā)接觸問(wèn)題(包括費(fèi)米級(jí)釘扎)，這通常會(huì)降低基于2d材料的納米電子器件的載流子注入效率。我們嘗試用低功能的金屬二維過(guò)渡金屬雙碲化物來(lái)解決這些接觸問(wèn)題。

由Soon-Yong Kwon教授和他的同事設(shè)計(jì)的合成過(guò)渡金屬雙碲化物的新方法需要使用一種富含碲的共晶合金作為氣源來(lái)觸發(fā)晶體的成核和生長(zhǎng)。使用這種方法，研究人員能夠在較短的時(shí)間內(nèi)(約10分鐘)，在450攝氏度的相對(duì)低溫下，培養(yǎng)出4英寸大小的二維過(guò)渡金屬雙胞水化物。值得注意的是，這個(gè)過(guò)程也可以用來(lái)制作具有各種不同結(jié)構(gòu)模式的晶片尺度的薄膜。

“我們應(yīng)用二維過(guò)渡金屬雙碲化物薄膜作為電觸點(diǎn)，將載流子注入到二維半導(dǎo)體中，比如二硫化鉬，”Seunguk Song說(shuō)，他是進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員之一。“我們發(fā)現(xiàn)這樣的電子設(shè)備符合理想的載流子注入的規(guī)律。在控制界面上電子流動(dòng)的效率方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

Kwon教授、Song和他們的同事用他們的方法合成的薄膜來(lái)建立電觸點(diǎn)，并將它們集成到現(xiàn)有的二維半導(dǎo)體中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該器件的性能優(yōu)于基于其他類(lèi)似二維金屬材料的器件，表現(xiàn)出更低的接觸電阻和更高的性能。

“我們生產(chǎn)方法的關(guān)鍵是不斷地向過(guò)渡金屬前體提供大量的碲蒸汽，以促進(jìn)它們的化學(xué)反應(yīng)?！备枵f(shuō)?！斑@一點(diǎn)特別重要，因?yàn)閃和Te之間的化學(xué)活性非常低，通常很難成功生長(zhǎng)。為了解決這一問(wèn)題，我們選擇了NixTey合金薄膜的前驅(qū)體作為T(mén)e源。

在研究人員合成的薄膜中，化合物NixTey不斷地提供和捕獲Te蒸汽，因?yàn)镹ixTey在高于合金熔點(diǎn)(即共晶點(diǎn))的生長(zhǎng)溫度下處于類(lèi)液態(tài)。這一過(guò)程最終避免了在粉體化學(xué)氣相沉積過(guò)程中經(jīng)常觀察到的Te的稀缺性。

Kwon教授說(shuō):“通過(guò)將二維MoS2晶體轉(zhuǎn)移到二維圖案(W,Mo)Te2薄膜上，我們可以簡(jiǎn)單地制造垂直接觸的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。”這些2-D/2-D金屬半導(dǎo)體結(jié)晶體管具有可調(diào)的肖特基勢(shì)壘高度，由于沒(méi)有接口問(wèn)題，這種勢(shì)壘高度取決于(W,Mo)Te2的工作函數(shù)。這使我們能夠得到基于單層MoS2晶體管的最低肖特基勢(shì)壘高度，在其他使用3-D或2-D金屬觸點(diǎn)的報(bào)道研究中也是如此。”

該研究對(duì)未來(lái)基于二維材料的電子學(xué)的發(fā)展具有重要的意義。最值得注意的是，Kwon教授、Song教授和他們的同事引入的合成方法，通過(guò)使具有不同工作功能的新型2d金屬的生產(chǎn)成為可能，從而在2d半導(dǎo)體中控制某些類(lèi)型的極性。

“在自然界中，還有其他種類(lèi)的2d金屬具有有趣的物理特性，但它們高質(zhì)量、大面積生長(zhǎng)的情況仍然罕見(jiàn)，”宋說(shuō)?！盎谶@些新型2d金屬的合成方法，我們現(xiàn)在計(jì)劃研究2d / 2d異質(zhì)結(jié)構(gòu)和器件集成。”