新兴的低维电子材料研究

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概述

常规半导体材料在摩尔定律规定下逐渐走向极限,要进一步提升器件性能一般可以有三种途径:

  • 采用新型器件结构加强栅控性能,如Gate All-Around(GAA)或FD-SOI;
  • 采用新型原理的器件,如 Tunneling FET(TFET);
  • 采用新型材料代替硅半导体,例如石墨烯引领的二维电子材料和以纳米管和纳米线为代表的一维材料。

在研究低维材料中,我们重点关注:

  • 带隙大小的模拟以及物理和化学方法调控带隙;
  • 电输运性质,主要是载流子迁移率;
  • 电子材料-金属接触的电学性质;
  • 构造器件的可能性以及器件性能仿真;
  • 材料的稳定性。

QuantumATK在以上几个方面都提供了完备的计算模拟研究工具,并在最近几年产生了大量高水准的研究成果。

研究实例

二维材料的带隙模拟与调控

  • 垂直平面电场打开狄拉克二维材料带隙:Ni, Z. et al. Nano Lett. 12, 113–118 (2012).
  • 化学修饰:Song, Z. et al. NPG Asia Mater. 6, e147 (2014);
  • 应力/应变调控带隙 Banerjee, L., Mukhopadhyay, A., Sengupta, A. & Rahaman, H.. J. Comput. Electron. 15, 919–930 (2016).

二维材料的载流子性质

二维材料与金属接触的电子性质

  • Pan Yuanyuan, Lu Jing at al. Chem. Mater. 2016, 28, 2100-9
  • Pan Yuanyuan, Lu Jing et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 12694−705

二维材料构成的电子器件性能探索

  • Quhe, R. et al. Phys. Rev. Appl. 10, 024022 (2018).

二维材料构成的新原理的器件探索

  • Hong Li, et. al. Appl. Surf. Sci, 2019, 465,895-901

潜在的二维光电功能器件

  • Janus MoSSe偶极层二维材料:Markussen, T., Brandbyge, M., Palsgaard, M., Gunst, T. & Thygesen, K. S. Stacked Janus Device Concepts: Abrupt pn-Junctions and Cross-Plane Channels. Nano Lett. 18, 7275–7281 (2018).
  • Bi2O2Se Yang, J. et al. Sub 10 nm Bilayer Bi2O2Se Transistors. Adv. Electron. Mater. 5, 1800720 (2019).
  • Xu, L. et al. Pervasive Ohmic Contacts in Bilayer Bi2O2Se-Metal Interfaces. J. Phys. Chem. C 123, 8923–8931 (2019).

二维材料相关的初级教程


一维材料相关的初级教程


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