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

基本信息
批准号:61376091
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:冯丽萍
学科分类:
依托单位:西北工业大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
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
关键词:
场效应晶体管薄膜WSex:Al元素掺杂绝缘体上硅
结项摘要

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.

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。

项目摘要

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。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

Effects of alloying elements on the formation of core-shell-structured reinforcing particles during heating of Al-Ti powder compacts

Effects of alloying elements on the formation of core-shell-structured reinforcing particles during heating of Al-Ti powder compacts

DOI:10.3390/ma11010138
发表时间:2018
3

三级硅基填料的构筑及其对牙科复合树脂性能的影响

三级硅基填料的构筑及其对牙科复合树脂性能的影响

DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20200093
发表时间:2020
4

上转换纳米材料在光动力疗法中的研究进展

上转换纳米材料在光动力疗法中的研究进展

DOI:
发表时间:2017
5

夏季极端日温作用下无砟轨道板端上拱变形演化

夏季极端日温作用下无砟轨道板端上拱变形演化

DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2022.02.023
发表时间:2022

冯丽萍的其他基金

批准号:50902110
批准年份:2009
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11674265
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

基于跃迁理论的阻变存储器载流子输运特性的研究

批准号:61306117
批准年份:2013
负责人:卢年端
学科分类:F0405
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
2

Bi5Ti3FeO15/CuO异质结薄膜的制备、光伏特性与载流子输运机理研究

批准号:51372069
批准年份:2013
负责人:郑海务
学科分类:E0206
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
3

有机半导体中载流子输运特性的理论研究

批准号:11104035
批准年份:2011
负责人:姚尧
学科分类:A2003
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

有机半导体载流子输运特性实验与理论研究

批准号:11164015
批准年份:2011
负责人:吴有智
学科分类:A2003
资助金额:50.00
项目类别:地区科学基金项目