奥胡斯大学NPG Asia Materials：WSe2晶体管的双极性输运行为和他在模拟电路中的应用

奥胡斯大学NPG Asia Materials：WSe₂晶体管的双极性输运行为和他在模拟电路中的应用

【本文亮点】

（1）利用电场力显微镜研究了1-40层WSe₂的电场屏蔽效应，发现1-3层WSe₂屏蔽行为与二维模式的非线性Thomas-Fermi理论相符合；而4-40层WSe₂的屏蔽行为则趋向于三维Thomas-Fermi理论，呈现了WSe₂的维度效应。

（2）研究了1-40层WSe₂场效应晶体管的电学性质，对其载流子浓度，迁移率，双极性行为进行了深入的分析讨论。

（3）研究了WSe₂厚度与金半接触势垒的依赖关系，发现肖特基势垒主要体现在空穴区域，且随着层数的增加，空穴导电的肖特基势垒逐渐降低。

（4）将WSe₂晶体管与Kelvin力显微镜相结合，研究了WSe₂功函数与外电场的依赖关系，揭示了外电场对WSe₂费米能级的调制效应及WSe₂双极性场效应的本质。

（5）构建了基于双极性WSe₂晶体管的模拟电路，呈现出由门电压可调节的同向/反向电路。

【引言】

相对于单极性晶体管而言，双极性晶体管能够很容易的通过调节门电压使其工作在n-type半导体或者p-type半导体。因此双极性晶体管有望更高效地简化电路设计并节约CMOS设计空间。石墨烯和黑磷具有双极性电场效应。然而石墨烯受限制于其零带隙的特点而很难应用于逻辑器件中。黑磷虽然具有可观的带隙，但是其对大气比较敏感而较难应用于实际器件中。

【成果简介】

近日，丹麦奥胡斯大学的Dong Mingdong教授（通讯作者）团队，深入研究了一种新型的双极性WSe₂半导体的电输运性质。他们采用电场力显微镜，表面电荷显微镜等技术对1-40层厚度的WSe₂开展了一系列的研究。相关成果以题为“The ambipolar transport behavior of WSe₂transistors and its analogue circuits”发表在了NPG Asia Materials上，受到编辑部高度评价，并同期刊发Research Summary进行点评。文章第一作者Zegao Wang。

【图文解析】

图1. 1-40层厚度WSe₂的介电屏蔽效应研究

图2. 室温1-40层WSe₂晶体管的电学输运性质

图3. 低温研究不同厚度WSe₂晶体管的电子、空穴迁移率、肖特基势垒及双极性行为

图4. 原位测量WSe₂功函数随外电场的调制效应，揭示其双极性行为。

图5. 基于双极性WSe₂晶体管反向电路的性能

【总结与展望】

本文系统深入的研究了WSe₂电输运性质。采用电场力显微镜研究了其表面有效电荷，揭示了其厚度依赖的介电屏蔽效应。研究了室温、低温下WSe₂晶体管的电学性质，分析了其电子、空穴、肖特基势垒等物理参量。 最后，通过将表面电荷显微镜和晶体管相结合，从电子结构方面研究了WSe₂双极性输运的本质。

【文献连接】

Zegao Wang, Qiang Li, Yuanfu Chen, Bianxiao Cui, Yanrong Li, Flemming Besenbacher & Mingdong Dong，The ambipolar transport behavior of WSe₂transistors and its analogue circuits，NPG Asia Materials，2018,https://doi.org/10.1038/s41427-018-0062-1

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