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基于黑磷/β-氧化镓异质结的高性能结型场效应晶体管

2020-08-31

结型场效应晶体管是一种结构简单的电子器件,无需考虑氧化物介质层对其性能和稳定性的影响,在逻辑开关、放大器等集成电路领域具有不可替代的应用优势。近年来,随着石墨烯、过渡金属硫族化合物、黑磷等二维材料的出现,基于二维材料及其异质结构的新型结型场效应晶体管器件取得重要的进展。然而,受限于不同材料的固有性质,结型场效应晶体管器件的性能仍有很大的提升空间。

针对上述挑战,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张凯研究员课题组报道了一种基于黑磷/β-氧化镓异质结构的高性能结型场效应晶体管器件。作者通过传统的机械剥离法从黑磷和β-氧化镓晶体中分别得到两者的原子层厚度纳米片,并利用聚二甲基硅氧烷辅助的干法转移成功制备黑磷/β-氧化镓垂直范德瓦尔斯异质结。非故意掺杂的p型黑磷和n型β-氧化镓所构筑的异质结展现出优异的整流特性(整流比大于107,反向电流小于30 pA)。同时,以黑磷作栅极而β-氧化镓作沟道材料所制备的结型场效应晶体管器件具有优异的电学性能,源漏电流开关比高达107,栅极漏电流低至pA,最大跨导值为25.3 μS,漏极饱和电流为16.5 μA/μm,综合性能得到显著提升。

这项工作为制备基于二维材料的高性能结型场效应晶体管器件提供了新途径,也进一步拓展了黑磷等二维材料在下一代纳米电子器件中的应用。

图1. BP/β-Ga2O3 JFET器件结构及性能表征。

High-performance junction field-effect transistor based on black phosphorus/β-Ga2O3 heterostructure

Chang Li, Cheng Chen, Jie Chen, Tao He, Hongwei Li, Zeyuan Yang, Liu Xie, Zhongchang Wang, Kai Zhang

J. Semicond. 2020, 41(8): 082002

doi: 10.1088/1674-4926/41/8/082002

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/41/8/082002?pageType=en



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