【摘 要】
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二维材料是具有原子级厚度的新型光电材料,因其独特的结构特征和物理化学性质使其成为最具吸引力的下一代半导体材料的有力竞争者,拥有广泛的应用前景。二硫化钼（MoS2）是目前已知二维材料中的明星材料,凭借其优异的电学、光学和机械性能,在电子开关器件、生物传感器件等领域具有广泛的应用。金属和MoS2电接触界面性质是影响晶体管开关器件性能的关键因素,对提高器件的电荷调控能力以及实现实际应用具有重要的研究价值
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二维材料是具有原子级厚度的新型光电材料,因其独特的结构特征和物理化学性质使其成为最具吸引力的下一代半导体材料的有力竞争者,拥有广泛的应用前景。二硫化钼（MoS2）是目前已知二维材料中的明星材料,凭借其优异的电学、光学和机械性能,在电子开关器件、生物传感器件等领域具有广泛的应用。金属和MoS2电接触界面性质是影响晶体管开关器件性能的关键因素,对提高器件的电荷调控能力以及实现实际应用具有重要的研究价值。本论文主要围绕MoS2场效应晶体管（Field Effect Transistor,FET）的金属/半导体接触界面性质展开研究,具体研究内容如下:（1）源漏电极材料对MoS2-FET接触性能的影响本论文探究Au（5.1e V）、Ag（4.3e V）、Cu（4.8e V）三种不同功函数的金属电极对MoS2接触性能的影响。本文分别对三种不同源漏电极的MoS2-FET器件进行电学性能表征,并结合相关半导体理论计算出不同电极下MoS2-FET器件的电学性能参数。此外,根据热电子发射公式提取了不同源漏电极下金属半导体接触时的势垒高度。研究发现MoS2-FET器件中存在着严重的费米能级钉扎效应,这是由于MoS2半导体层存在着Mo空位或S空位的缺陷导致金属与半导体间的间隙态。（2）电荷注入缓冲层对MoS2-FET电接触的影响本论文采用金属/P型并五苯（Pentacene）/N型MoS2结构,通过在源漏电极下方引入Pentacene薄膜作为缓冲层来改善MoS2-FET电荷注入效率。与传统的纯金属电极器件相比,含有Pentacene缓冲层MoS2-FET器件开态电流提高了10倍,场效应迁移率提高了4倍。结合热电子发射理论发现加入缓冲层后的器件势垒高度降低了0.3e V,这是由于金属和MoS2中的电子被Pentacene薄膜中的空穴吸引到表面,缩短了耗尽层宽度,从而提高隧穿几率,缓解金属和MoS2接触中的费米能级钉扎效应。此外,本论文探究了不同Pentacene厚度（0～5nm）对MoS2-FET性能的影响。实验结果显示,当Pentacene厚度为2nm时,MoS2-FET器件性能达到最佳的状态,场效应迁移率为67.3cm~2/Vs,器件电阻最低为9.6×10~5?/μm。综上所述,本论文研究了MoS2-FET电接触特性,明确了MoS2的内部缺陷引起的金属半导体接触中的FLP效应;通过在金属电极与半导体之间引入缓冲层提高了MoS2-FET器件电荷注入效率,有效降低了晶体管的功耗。本文的研究工作对实现高性能晶体管有着重要意义。
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