Управление полярностью контактов и контактным сопротивлением в устройствах из 2D-материалов
Физики Национального университета Сингапура (NUS) обнаружили, что контакты из дисульфида молибдена (MoS2) и диселенида вольфрама (WSe2) на металлическом золоте имеют р-тип, в то время как те же контакты с дефектами вакансий халькогена становятся n-типа. Эффекты нелокального обмена и корреляции имеют решающее значение для определения выравнивания энергетических уровней и контактной полярности. Результаты исследования, опубликованные в журнале npj 2D Materials and Applications, показывают, что различная полярность контактов, наблюдаемая экспериментально для интерфейсов MoS2/золото и WSe2/золото, связана с различной природой дефектов в этих двух материалах.
На рисунке А показана атомная структура дисульфида молибдена (MoS2) на металлическом золоте. Вакансии серы (S) обычно не пассивируются кислородом, доступным в окружающей среде, и это приводит к интерфейсу n-типа. На рисунке B показана атомная структура диселенида вольфрама (WSe2) на металлическом золоте. Более реакционноспособные вакансии селена (Se) пассивируются атомами кислорода (показаны красной точкой). Это превращает его в интерфейс p-типа.
Предоставлено: Национальный университет Сингапура.
Лауреат Нобелевской премии Герберт Кремер заметил, что «интерфейс — это устройство». Когда двумерные (2D) полупроводниковые материалы контактируют с металлами, они образуют границы раздела металл-полупроводник. Эти интерфейсы влияют на такие параметры, как контактное сопротивление, и играют решающую роль в работе устройства. Даже природа носителей заряда во многом определяется этими интерфейсами. Если электронам требуется более низкая энергия, чтобы пересечь энергетический барьер на границе раздела, полярность «n-типа»; если дыркам требуется меньшая энергия, чтобы пересечь энергетический барьер на границе раздела, полярность становится «p-типа». Полярность контактов важна для разработки функциональных возможностей устройства, таких как pn-переходы.
Группа исследователей во главе с адъюнкт-профессором Квеком Су Ин из физического факультета Национального университета США использовала современные расчеты для изучения двух распространенных 2D-полупроводниковых материалов, известных как дихалькогениды переходных металлов, MoS2 и WSe2, в контакте с золотым металлом.
Профессор Квек сказал: «Наши расчеты показали, что контакты MoS2/золото и WSe2/золото имеют р-тип при отсутствии дефектов. Эти результаты отличаются от предыдущих теоретических предсказаний. корреляционные эффекты, выходящие за рамки описания среднего поля, важны для точного предсказания выравнивания уровней. При наличии дефекта халькогеновой вакансии контакты становятся n-типа в обоих случаях. Это связано с дополнительными энергетическими уровнями в запрещенной зоне, которые вызывают энергетические уровни металла, которые должны быть «закреплены».
Доктор Кейан Нури, ведущий автор этой работы, сказал: «В отличие от MoS2 дефекты халькогеновых вакансий в WSe2 более реакционноспособны. В условиях окружающей среды кислород, доступный в окружающей среде, может реагировать с этими вакансиями и удалять состояния в ширина запрещенной зоны, так что материал WSe 2 ведет себя как первоначальный материал без дефектов, который относится к p-типу, что касается полярности контакта».
Профессор Квек добавил: «Хотя дефекты халькогеновых вакансий в MoS2 менее реакционноспособны, вполне возможно, что экспериментальные условия могут быть организованы таким образом, чтобы дефекты были аналогичным образом «пассивированы» кислородом или другими частицами обеспечивают более настраиваемый контроль смещения энергии на контактах MoS2/металл. Поскольку дефекты часто неизбежны, знание того, как контролировать их влияние на ключевые свойства устройства, в значительной степени поможет оптимизировать производительность устройства».
