高k栅介质SrTiO3与二维材料MX2界面输运特性研究

The rapid development of artificial intelligence requires highly integration of the electronic devices. Thereinto, the combination of high-k gate dielectrics and the high electron-mobility of two dimensional materials is an important way to realize the miniaturization of devices. However, the large mismatch and the asymmetry of the crystal structure seriously hinder their efficient coupling (SrTiO3 possesses cubic structure while MX2 is hexagonal). Optimizing interfacial structure is a critical factor to enhance the corresponding transport behavior. In this project, we propose to fabricate the MX2 film on SrTiO3 cubic substrates by chemical vapor deposition, to investigate the interfacial structure by advanced synchrotron spectroscopy. Combined with the results from first-principles calculations, this work is aiming to obtain an optimized interfacial structure of enhanced transport behavior and reveal the tuning mechanism of substrate effect. Furthermore, this proposal will provide a guideline for the design of other two dimensional materials and high-k gate dielectrics.

人工智能的快速发展对电子信息器件的集成度要求越来越高，其中高k栅介质材料与高电子迁移率的二维材料的结合是实现器件微型化的重要方式。但是晶体结构的大失配和不对称性严重阻碍了两者的有效耦合(如SrTiO3为立方结构，MX2为六方结构)。因此，优化界面结构是提高界面输运特性的关键。本项目拟采用化学气相沉积的方法在立方对称的SrTiO3薄膜上制备MX2层，利用高亮度的同步辐射光谱技术研究衬底对称性对MX2/SrTiO3界面结构的影响。结合第一性原理的计算方法分析衬底对称性对界面结构的调控机理。此项目的开展有望建立MX2/SrTiO3界面结构与传输特性的关系图像，获得与高效电学传输特性界面对应的薄膜厚度和衬底结构,同时为设计其他高k栅介质材料与二维材料的集成提供科学依据。

人工智能的快速发展对电子信息器件的集成度要求越来越高，其中高k栅介质材料与高电子迁移率的二维材料的结合是实现器件微型化的重要方式。二维过渡金属硫化物材料（MS2）是一类具有单/多原子厚度的片层状材料，其优异的物理、化学、光学、电子、机械等性能，引起了科学领域的广泛关注。MoS2和WS2作为较早发现的二维材料，它们在光电应用上有着比石墨烯更强的研究潜力，但是这些二维材料由于受到目前的制备方法及技术的限制，其生产效率低下，质量水平波动较大，成本比较高昂，难以实现其在所有领域的全面应用。在此背景下，我们以金属氧化物源和金属源作为前驱体，采用化学气相沉积法，成功地在高k栅介质SrTiO3衬底上制备出了高质量连续MoS2薄膜，并测试了薄膜的光学和电学性能。研究主要取得如下结果：.（1）采用MoO3粉末源制备MoS2，系统研究了钼源加热温度、硫源加热温度、衬底和钼源距离、钼源质量、生长时间、氩气流速、卤化盐溶液浓度对CVD法制备MoS2薄膜的影响。随后制备了底栅-顶接触型MoS2薄膜晶体管（MoS2-TFT），并测试了电学性能，得到了MoS2-TFT器件的载流子迁移率为0.032 cm2•V-1•S-1，开关比为4×104，表现出了很强的栅压可调性。.（2）随后在SrTiO衬底上制备了MoS2薄膜。其最佳生长条件为 750 ℃、10 min。随后我们测试了MoS2薄膜在低温下的光致发光性能，其光致发光图谱变化非常明显，温度越高，峰强越弱，峰位红移越大，并分析低温对高k栅介质SrTiO3上MoS2光致发光的影响机制。.（3）最后采用特殊的封装工艺，使SrTiO3单晶衬底处于Ar气氛围中并在空气中高温退火，获得了含有氧缺陷的SrTiO3单晶，可以在很大范围内改变SrTiO3单晶的导电性，研究了其对应的电子结构特性、表面形貌及其阻变开关性能。

内容获取失败，请点击重试