Improving Electric Contacts to Two-Dimensional Semiconductors
二维（2D）半导体（例如单层MoS_{2}）的电接触电阻是缩小2D场效应晶体管（FET）的关键瓶颈。与三维金属接触的2D半导体产生独特的电流拥挤，导致接触电阻增加。我们开发了一个模型，以分离的电流拥挤的贡献从本征接触电阻率。我们发现，可以通过掺杂和接触图案化来缓解电流拥挤。使用Landauer-Büttiker形式主义，我们表明，范德华力（vdW）间隙在接口将最终限制接触电阻。我们比较我们的模型与掺杂和未掺杂的MoS_{2} FET的实验数据。即使使用> 2x 10 ^{13} cm^{-2}的重电荷转移掺杂，我们也表明最先进的接触电阻比弹道极限大100倍。我们的研究强调需要开发有效的接口，以实现< 10 Ω.μm的接触电阻，这将是极端缩放设备的理想选择。
2021-05-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Designing Few-layer Graphene Schottky Contact Solar Cell: Theoretical Efficiency Limits and Parametric Optimization
我们从理论上研究了基于肖特基接触器件结构的少层石墨烯-半导体太阳能电池（FGSC）的效率极限和性能特性。我们的模型和比较各种配置的能量转换效率，明确考虑非理查森电子发射跨越几层石墨烯/半导体肖特基异质结。计算结果表明，与ABC叠层结构相比，ABA叠层结构的三层石墨烯-硅太阳能电池具有更低的反向饱和电流，因此其最大转换效率超过28%. ABA和ABC堆积FGSC的PCE热系数分别为-0.064\%/K和-0.049\%/K。我们的工作为石墨烯太阳能电池的优化设计提供了见解，从而为未来纳米级能量转换器的高性能FGSC设计铺平了道路。
2020-12-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ultra Low Specific Contact Resistivity in Metal-Graphene Junctions via Atomic Orbital Engineering
提供了石墨烯边缘接触的系统调查。有意地在接触区域处图案化单层石墨烯产生了良好限定的边缘接触，其导致来自金接触的电流注入增强67%。接触电阻率从表面接触器件的1372 Ωm降低到用孔图案化接触时的456 Ωm。石墨烯的静电掺杂进一步将接触电阻率从519 Ωm降低到45 Ωm，大幅降低了91%。实验结果的支持和理解，通过多尺度的数值模型，基于密度泛函理论计算和运输模拟。分析数据的边缘周长和孔与石墨烯的比率，这提供了对优化的接触几何形状的见解。因此，目前的工作表明一种可靠的和可重复的方法，用于制造低电阻接触的石墨烯器件。我们提供了一个简单的接触设计指南，可用于指导石墨烯和2D材料接触工程。
2018-07-12 physics.app-ph
Triboelectric Junction: A Model for Dynamic Metal-Semiconductor Contacts
针对动态金属-半导体接触机制不明的问题，提出“摩擦电结”模型，揭示由摩擦电效应诱导的空间电荷区主导电子-空穴分离，且结方向与结强度分别决定输出极性与幅度，并发现标准电极电势最能描述其电子亲和势。
2023-05-17 physics.app-ph
Strain-engineering of twist-angle in graphene/hBN superlattice devices
通过用六方氮化硼（hBN）代替SiO $_2$作为衬底以及通过在石墨烯/hBN异质结构中形成超晶格的能力，已经能够观察到石墨烯中的新物理现象，例如霍夫施塔特蝴蝶、拓扑电流和非常规超导性。这些器件通常通过将石墨烯蚀刻成具有金属触点的霍尔棒形状来制造。金属电极的沉积、接触的设计和特定配置可以对器件的电子性质具有深远的影响，甚至可能影响石墨烯/hBN超晶格的排列。在这项工作中，我们探测hBN上的石墨烯的应变配置与两种类型的金属接触，二维（2D）的顶部接触和一维（1D）的边缘接触。我们发现，顶部接触诱导应变的石墨烯层沿两个相对的引线，导致一个复杂的应变模式，整个器件的通道。边缘接触，相反，不显示这样的应变模式。有限元建模模拟用于确认所观察到的应变模式是由夹持到石墨烯的金属触点的机械作用产生的。热退火显示出减少总体掺杂，同时增加总体应变，表明石墨烯和hBN之间的相互作用增加。令人惊讶的是，我们发现，这两个接触配置导致不同的扭曲角的石墨烯/hBN超晶格，热退火后收敛到相同的值。这一观察结果证实了石墨烯/hBN超晶格在应变梯度存在下的自锁机制。我们的实验可能对基于异质结构的未来电子器件的发展产生深远的影响，并提供了一种新的机制来诱导二维材料中的复杂应变模式。
2018-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunable electronic properties and electric-field-induced phase transition in phosphorene/graphene heterostructures
单组分体系的缺点，例如，石墨烯的无间隙性质、磷烯缺乏空气稳定性等已经引起人们对期望显示出令人感兴趣的电子和光学性质的堆叠材料的极大关注。利用紧束缚方法和格林函数方法，研究了扶手椅边缘的横向磷烯/石墨烯异质结构的电子性质，这些异质结构可以是半导体/半导体异质结构，也可以是半导体/金属异质结构，其电子性质取决于石墨烯带的宽度.研究发现，该系统是窄禁带的，并且可以通过调节畴的大小来调制禁带宽度。此外，对磷烯带隙随带宽变化的分析表明，在半导体/金属异质结中，磷烯带在费米能级附近不诱导任何电子态，表明磷烯带对电子输运的抑制应归因于空穴的跨界面传输.此外，我们还发现横向电场可以显著地改变异质结构的电子行为，即，异质结构经历超导体-金属相变。此外，调谐横向电场产生了一个有趣的可能性，该系统可以经历从带绝缘体到拓扑绝缘体的拓扑相变。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhanced photoresponse in MoTe2 photodetectors with asymmetric graphene contacts
原子级薄的二维（2D）材料是用于小型化高性能光电子器件的有希望的候选材料。在这里，我们报告的多层MoTe2光电探测器与基于n型和p型石墨烯层的非对称电极接触。石墨烯接触中的不对称性在短（l = 15 nm）MoTe 2通道上产生大的（Ebi~100 kV cm-1）内置电场，即使在没有任何外部施加电压的情况下也引起高且宽（400至1400 nm）的光响应。空间分辨的光电压图揭示了增强的光响应和更大的内置电场在两个石墨烯接触之间的MoTe 2层的区域。此外，一个快速（~0.01 ms）的光响应是实现在光伏和光导操作模式的结。我们的研究结果可以扩展到其他2D材料，并为未来低功率光电应用中实施非对称石墨烯接触提供前景。
2019-04-07 physics.app-ph
Temperature and gate effects on contact resistance and mobility in graphene transistors by TLM and Y-function methods
金属-石墨烯接触电阻是石墨烯在电子器件和传感器中技术开发的主要限制因素之一。高接触电阻可能对器件性能有害，并破坏石墨烯固有的优良特性。在本文中，我们制作了具有不同几何形状的石墨烯场效应晶体管，以研究接触和沟道电阻以及载流子迁移率作为栅极电压和温度的函数。我们应用的传输长度的方法和y函数的方法表明，这两种方法可以相互补充，以评估接触电阻和防止文物的载流子迁移率的栅电压依赖性的估计。我们发现，栅电压调制的接触和沟道电阻以类似的方式，但不改变载流子迁移率。我们还表明，升高的温度降低载流子迁移率，对接触电阻的影响可以忽略不计，并且可以诱导从半导体到石墨烯片电阻的金属行为的转变，这取决于所施加的栅极电压。最后，我们表明，消除接触电阻对晶体管沟道电流的不利影响，几乎增加了一倍的载流子场效应迁移率和竞争力的接触电阻可以实现由锯齿形的Ni接触。
2019-12-10 physics.app-ph
Dependable contact related parameter extraction in graphene-metal junctions
石墨烯-金属接触电阻（R $_{C}$）的准确提取和可靠、可重复的降低仍然是石墨烯技术中的未决问题。在这里，我们证明了使用传输长度方法（TLM）提取R $_{C}$时遵循明确协议的重要性。我们使用具有镍触点的背栅石墨烯TLM结构的示例，镍触点是互补金属氧化物半导体兼容金属。R $_{C}$的准确提取显着的影响，一般可观察到的狄拉克电压的变化，在环境条件下增加通道长度。R $_{C}$通常是石墨烯中载流子密度的函数。因此，费米能级的位置和栅极电压影响R $_{C}$的提取。另一方面，由于狄拉克电压的最小扩展，在高真空中的测量导致作为栅极电压的函数的R $_{C}$的可靠提取。我们进一步评估了重要参数的准确测量和提取，如接触端电阻、转移长度、金属接触下石墨烯的薄层电阻和作为背栅电压函数的特定接触电阻率。所提出的方法也被应用到与金和铜接触的设备，具有类似的结论。
2020-08-07 physics.app-ph
Pinpointing the Dominant Component of Contact Resistance to Atomically Thin Semiconductors
本研究揭示了经典接触电阻模型在描述2D材料接触时的不足，提出增加横向伪结电阻分量（Rjun）进行修正，并实验证明Rjun是未掺杂2D器件接触电阻的主导分量。
2021-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Noncured Graphene Thermal Interface Materials: Minimizing the Thermal Contact Resistance
我们报告的非固化石墨烯热界面材料的接触热阻的实验研究，其表面特征在于不同程度的粗糙度。据发现，热接触电阻取决于石墨烯负载非单调，达到其最小值的负载分数的~15重量%。将表面粗糙度增加约1微米导致该石墨烯负载的热接触电阻增加约x2倍。所获得的热导率，热接触电阻，和总热阻的热界面材料层上的石墨烯负载和表面粗糙度的依赖性表明，需要优化的特定材料的负载分数和粗糙度的连接表面。我们的研究结果对于开发用于高功率密度电子设备热管理的石墨烯技术具有重要意义。
2021-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gate-tunable Hall sensors on large area CVD graphene protected by h-BN with 1D edge contacts
石墨烯具有原子级薄的结构、高载流子迁移率和低载流子密度，是一种优良的霍尔传感器材料。然而，石墨烯器件需要受到环境保护，以在不同的环境条件下实现可靠和持久的性能。在这里，我们提出了磁性霍尔传感器上制造的大面积商用CVD石墨烯保护剥离六方氮化硼（h-BN）。为了将霍尔样品的石墨烯有源区连接到输出端，利用了1D边缘接触，其显示出可靠和稳定的电性能。霍尔传感器的工作表明，电流相关灵敏度高达345 V/（AT）。通过施加栅极电压来改变石墨烯中的载流子浓度和类型，我们能够调整霍尔灵敏度。
2018-04-25 physics.app-ph
Band Gap Estimation of Multilayer 2D Semiconductor Channels Using Thin Graphite Contact
二维（2D）半导体中单层和少数层的带隙通常通过光致发光（PL）等光学探测来测量。然而，如果它们的剥离厚度大到几nm（多层超过~5L），则PL测量变得不那么有效和不准确，因为2D半导体的光学跃迁从直接模式变为间接模式。在这里，我们介绍了另一种方法来估计多层2D范德华半导体的带隙，即利用场效应晶体管（FET）作为平台。我们将石墨烯（薄石墨或多层石墨烯）接触用于FET中的多层范德华沟道，因为石墨烯接触将确保双极行为并在顶部钝化的帮助下实现FET的肖特基接触势垒调谐。因此，通过测量制备的具有石墨烯接触的2D FET的温度依赖性转移曲线特性，成功地估计了未知厚度的多层过渡金属二硫属化物和黑磷的带隙。
2020-03-04 physics.app-ph
Assessment of wafer-level transfer techniques of graphene with respect to semiconductor industry requirements
石墨烯是未来电子应用的一个有前途的候选者。制造基于石墨烯的电子器件通常需要石墨烯从其生长基底转移到另一个期望的基底。器件集成的这一关键步骤必须适用于晶圆级，并满足半导体生产线的严格要求。在这项工作中，湿法和半干法转移（即晶圆键合）进行评估，关于晶圆的可扩展性，处理，自动化，产量，污染和电气性能的潜力。开发了晶片级工具，以将石墨烯从150 mm铜箔转移到200 mm硅晶片，而无需粘合剂中间聚合物。对于湿转移，转移的石墨烯覆盖率范围为97.9%至99.2%，对于半干转移，转移的石墨烯覆盖率范围为17.2%至90.8%，平均铜污染物为4.7 × 10 $^{13}$（湿）和8.2 × 10 $^{12}$原子/cm $^2$（半干）。从太赫兹时域光谱提取的相应薄层电阻对于湿转移从450变化到550 $Ω/sq$，对于半干转移从1000变化到1650 $Ω/sq$。虽然湿法转移在产量、碳污染水平和电气质量方面是优越的，但由于现有的工业工具和工艺，晶片键合产生较低的铜污染水平并提供可扩展性。我们的结论可以推广到所有的二维（2D）材料。
2022-09-29 physics.app-ph
Low Temperature Growth of Graphene on Semiconductor
到目前为止，石墨烯的工业实现受到与在合适的衬底上制造石墨烯所需的质量、再现性和高工艺温度相关的挑战的限制。我们证明，外延石墨烯可以生长在过渡金属处理的6 H-SiC（0001）表面，与石墨化开始周围$450-500^\circ\text{C}$。通过SiC与Fe或Ru的薄膜之间的化学反应，从SiC晶体释放出$\text{sp}^{3}$碳并在表面转化为$\text{sp}^{2}$碳。使用角分辨光电子能谱和低能电子衍射证明了石墨烯的质量。此外，使用角分辨吸收光谱和能量依赖光电子能谱学，分别验证了石墨烯层相对于SiC衬底的取向和位置。随着随后的热处理到更高的温度，实现了金属层到块状SiC中的可控扩散。结果是石墨烯支撑在磁性硅化物上或任选地直接支撑在半导体上，温度对于进一步大规模加工成基于石墨烯的器件结构是理想的。
2020-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Hysteresis Free Graphene Based Nanoelectromechanical Switch With Hexagonal Boron Nitride As A Contact
纳米机电（NEM）接触开关作为传统场效应晶体管（FET）的替代品之一，已经得到了广泛的研究。期望具有OmV/dec的无滞后切换斜率（SS）的理想NEM接触开关以实现互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路（IC）的最终缩放，但从未实现。在这里，我们示出了低吸合电压、无滞后的基于石墨烯的NEM接触开关，其中hBN作为较大的接触。通过利用石墨烯和六方氮化硼（hBN）之间的弱粘附能，极大地降低了磁滞电压。以hBN作为触点的石墨烯NEM接触开关表现出< 2 V的低吸合电压，超过6 × 10^4开关周期的高接触寿命，10^4数量级的开/关比和小至< 0.1 V的滞后电压。我们的G-hBN NEM接触开关可以潜在地用于超低功耗节能CMOS IC。
2021-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning nanoscale adhesive contact behavior to a near ideal Hertzian state via graphene coverage
采用分子静力学（MS）模拟方法研究了Pt（111）表面在半径为5-20 nm的压头作用下的压痕过程。基底和压头表面是裸露的或石墨烯覆盖的。我们的模拟表明，可以显着减少的影响裸基板和压头针尖之间的粘附力的原子之间的粘附强度和粘附范围，或通过提高基板刚度。结果表明，在接触界面两侧涂覆石墨烯层后，基底的弹性响应表现出较弱的粘附力，这归因于石墨烯层之间的弱相互作用。基于裸衬底获得的这些原理，衬底的纳米级接触行为可以通过增加石墨烯层的数量、向衬底上的石墨烯施加预应变或使用大压头来调谐到接近理想的赫兹状态。我们的研究为AFM探针和MEMS/NEMS系统设计无粘附涂层提供了理论指导。
2021-03-04 physics.app-ph
Reducing the metal-graphene contact resistance through laser-induced defects
本研究提出一种可规模化的激光辐照方法，通过在镍接触石墨烯器件的接触区诱导缺陷来降低比接触电阻，20mW激光可将R_C从900Ω·μm降至250Ω·μm，为石墨烯及二维材料的接触电阻优化提供了可行方案。
2024-02-11 physics.app-ph
