材料化學(xué) 課件 13-5.新興半導(dǎo)體及其材料化學(xué)

1.1芯片技術(shù)演進及第一代半導(dǎo)體1.2單晶硅制備的材料化學(xué)1.3第二代半導(dǎo)體及其材料化學(xué)1.4第三代半導(dǎo)體及其材料化學(xué)1.5新興半導(dǎo)體及其材料化學(xué)第一講：半導(dǎo)體革新及其材料化學(xué)目錄新興半導(dǎo)體材料體系更窄禁帶的銻化鎵、銦化砷等超寬禁帶的氧化鎵或氮化鋁等金屬氧化物半導(dǎo)體二維材料TMDs、石墨烯等CNTs新興半導(dǎo)體及其材料化學(xué)過渡金屬硫族化合物，TMDC有著豐富能帶結(jié)構(gòu)優(yōu)異的光電性能可被用于LED、激光器、光電傳感器石墨烯導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)佳尺寸和形狀易控制金剛石高熱導(dǎo)率（22W

cm-1K-1）Ultra-widebandgapsemiconductormaterials.Elsevier.(2019)

新興半導(dǎo)體及其材料化學(xué)新興半導(dǎo)體及其材料化學(xué)石墨烯的制備

2H-MX2（三棱柱相）:半導(dǎo)體特性1T-MX2

（八面體相）:金屬特性過渡金屬硫族化合物（Transition

MetalDichalcogenides,TMDC）新興半導(dǎo)體及其材料化學(xué)相對較高穩(wěn)定性，可調(diào)控電子和光學(xué)特性MX2M:過渡金屬X:硫族元素層狀材料層內(nèi)：化學(xué)鍵層間：范德華(vdW)力常見TMD元素與其禁帶寬度匯總表

禁帶寬度與硅(1.12eV)相近，適合用于制作晶體管載流子的輸運被限制在二維平面之中遷移率在100～400cm2·V-1·s-1多層(間接帶隙)→單層(直接帶隙)帶隙隨著層數(shù)減小而不斷增大

可通過調(diào)整層數(shù)調(diào)控帶隙MoS2禁帶隨原子層數(shù)變化圖

Nanoscale,

6(22),13283-13300.

(2014)TMDC禁帶可調(diào)控，與硅的性質(zhì)有良好的匹配性新興半導(dǎo)體及其材料化學(xué)化學(xué)氣相沉積是目前使用最廣泛、最具有前景的生長方法ChemicalSocietyReviews,

51(10),4000-4022.(2022)ChemicalSocietyReviews,

44(9),2587-2602.(2015)新興半導(dǎo)體及其材料化學(xué)TMDC的制備策略自上而下（Top-down）:機械剝離、電化學(xué)剝離等自下而上（Bottom-up）:

CVD、MOCVD、MBE、ALD等化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition,CVD)前驅(qū)體高溫形成蒸氣，通過載氣運送擴散到襯底上方，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成TMDC沉積在襯底上形成晶體可生長厘米級單層薄膜；可用于生長超晶格與異質(zhì)結(jié)構(gòu)

生物傳感器檢測濃度：10

fM檢測時間：2分鐘NatCommun

13,7593(2022)氣體傳感器靈敏度:

190%

20ppbofNO2吸收密度:~1015

cm-2

(4.8nm厚）cdNaturecommunications,

6(1),8632.(2015)新興半導(dǎo)體及其材料化學(xué)TMDC的應(yīng)用前景磁性隧穿結(jié)器件隧穿磁阻：19,000%不同磁阻狀態(tài)之間的電控切換Science

360,1214–1218(2018)

光電傳感器探測率:

2.7?×?1012?cm?Hz1/2?W?1響應(yīng)時間：23μsNatElectron

4,357–363(2021)單層MoS2晶體管柵極長度：0.34

nm電流開關(guān)比：1.02×10

5Nature

603,259–264(2022)單層分子超晶格晶體管電流開關(guān)比:107

電子遷移率:289cm2/V·sNature

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