《原子層澱積柵介質/石墨烯納米疊層的界面和電子結構》是依託復旦大學，由孫清清擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：原子層澱積柵介質/石墨烯納米疊層的界面和電子結構
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫清清
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著石墨烯的發現，對於下一代更高性能、更大規模的積體電路提供了最可能路徑。然而，石墨烯場效應管中載流子遷移率的急劇退化是石墨烯器件套用前必須解決的問題。在本項目中，將以獲得高質量的柵介質/石墨烯界面體系和相關的物理和結構模型，高遷移率的石墨烯原型器件以及器件模型為目標。具體包括，通過抑制石墨烯器件襯底絕緣材料的遠程聲子散射，鈍化襯底絕緣材料的表面活性基團，實現低損的石墨烯表面預澱積功能化處理，製備高質量原子層澱積的柵介質等方法，研究獲得上述方法對石墨烯材料的二維晶體結構和電子結構的作用機制以及相關界面結構和物理特徵。在理論建模，微結構測試和器件測試三方面的綜合考慮下，分析獲得高遷移率石墨烯原型器件的界面結構和其他相關物理和電學特徵，整合各項分立的工藝步驟和物理模型，最終實現遷移率超過8000 cm2/Vs的原型器件以及相關的工藝對器件性能的作用機制。
結題摘要
本項目開展了基於石墨烯等二維晶體的生長、柵氧化層界面特性、石墨烯輸運特性以及基於石墨烯的電子器件性能的研究。 首先，利用CVD方法成功的在氧化鋅表面生長出雙層石墨烯，其中氧化鋅是用原子層澱積方法澱積在單晶金屬釕表面。通過拉曼光譜，原子力顯微鏡和掃描電子顯微鏡手段去石墨烯進行了表征。特別是對拉曼光譜的詳細分析，對石墨烯的層數、缺陷與工藝參數的關係進行了詳細的討論。 其次，研究了石墨烯的輸運特性。從能級的本徵態入手，我們發現N為偶數情況下，能帶呈現手性特徵（對稱或反對稱），而N為奇數時，能帶無手性特徵。基於石墨烯內的電子在手性能態間必須遵循手性一致的原則，我們成功解釋了雙層石墨烯納米帶電流輸運在不同寬度下所表現出的異常現象，相關論文發表在Applied Physics Letters上。另外，我們的研究還發現在多層石墨烯間填充氮化硼可以抑制石墨烯中電子的層間散射，從而增強多層石墨烯體系在平面方向上的電導率。由於氮化硼的插入削弱了石墨烯層間的相互作用，從而使各層石墨烯在堆疊中仍保持單層的特性，基於這樣的結構能有效增加多層石墨烯中的堆疊數量，從而滿足未來互連中超高電流密度的傳輸要求，相關論文發表在AIP Advances上。 最後，研究了石墨烯等二維晶體組成的電子器件的電學特性。我們通過用Cl原子和P原子替換MoS2表面的S原子實現了單層MoS2中的N型和P型摻雜，考察了基於這種替位摻雜方式下單層MoS2 PN結的輸運特性。計算結果顯示該PN結表現出反向二極體的特性。此外，我們還通過電流-溫度的依賴關係驗證了正反向偏壓下不同的電流輸運機制，相關論文發表在Applied Physics Letters上。另外，通過室溫下旋塗的方式製備了Al/GO/ITO/PET柔性阻變存儲器，成功製備的GO RRAM具有很好的阻變性能，高低阻值之比約為280，數據保持時間＞10000秒，能夠耐受100次以上擦寫。另外，在不同時間寬度的脈衝電壓擦寫過程中發現與傳統阻變存儲器相反的實驗現象，即從高阻值轉變到低阻值的SET過程要比低阻值轉變到高阻值的RESET過程慢3個數量級。而這種速度的差異可以通過不同載流子注入環境下，氧原子在石墨烯平面的擴散的速率差異來解釋，相關論文發表在Applied Physics Letters上。
