Charge pumping under spin resonance in Si(100) metal-oxide-semiconductor transistors
栅极脉冲诱导的复合，称为电荷泵（CP），是基本的载流子复合过程，并且已经被用作用于分析晶体管界面处的缺陷（或悬挂键）的电特性的方法，其现在被认为是成熟的和常规的。然而，无论是起源（键合配置）的缺陷负责的CP，也没有详细的重组序列已澄清尚未为Si金属氧化物半导体（MOS）接口。为了解决这些问题，我们研究了自旋共振条件下，从27到300 K的温度范围内的Si（100）n型MOS晶体管的CP。我们得到的证据表明，Pb 0和E'中心，两个主要的悬挂键在（和附近）的Si（100）界面，参与CP复合过程。我们还表明，自旋相关的CP过程是由电子-电子自旋对的形成来解释的，这反过来又揭示了通过Pb 0和E'中心的CP本质上是一个双电子过程。
2020-08-26 physics.app-ph
Ion exchange gels enhance organic electrochemical transistor performance in aqueous solution
基于共轭聚合物的有机电化学晶体管（OECTs）正在研究从生物化学传感到神经接口的应用。虽然正在开发新的共轭聚合物，可以将数字电子产品与生命的水化学物质相结合，但过去几十年开发的绝大多数高性能，高迁移率有机晶体管材料在吸收生物相关离子方面非常差。在这里，我们将离子交换凝胶到OECT中，证明这种结构能够从溶液中吸收生物相关的离子，并将更大、更疏水的离子注入到多个疏水共轭聚合物中的底层聚合物半导体活性层中。使用聚[2，5-二（3-十四烷基噻吩-2-基）噻吩并[3，2-b]噻吩]（PBTTT）作为模型半导体活性层和离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺（BMIM TFSI）和聚乙烯偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）作为离子交换凝胶，我们证明了OECT装置的灵敏度提高了四个数量级以上，离子注入动力学提高了一百倍。我们证明了离子交换凝胶OECT记录生物信号的能力，通过测量的捕蝇草植物的动作电位。这些结果显示了使用界面工程来开辟更广泛的有机半导体材料作为可以通过水溶液门控的OECTs的可能性。
2019-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reversible doping of graphene field effect transistors by molecular hydrogen: the role of the metal/graphene interface
在这项工作中，我们提出了一个关于如何以及为什么分子氢改变石墨烯场效应晶体管的电子特性的调查。我们证明，与H2的相互作用导致石墨烯接触异质结附近的石墨烯的局部掺杂。我们还表明，这种相互作用强烈依赖于金属-石墨烯界面的特性。通过改变接触中的金属类型，我们观察到欧姆接触可以与石墨烯强或弱静电耦合。对于强耦合接触，由接触促进的电荷转移效应的特征导致不对称双极传导，并且这种不对称性可以在与H2的相互作用下是可调谐的。另一方面，对于与石墨烯弱耦合的接触，氢相互作用具有更深刻的影响。在这种情况下，在H2暴露时，器件在石墨烯晶体管转移曲线中显示出第二电荷中性点（双峰响应）。我们认为，这种双峰现象是由于石墨烯的功函数与金属电极的功函数在H2分子作用下发生解耦而引起的。我们还表明，在金属-石墨烯界面处的气体诱导的改性可以被利用来创建受控的石墨烯pn结，具有相当大的电子转移到石墨烯层和石墨烯电阻的显著变化。这些效应可以为合适的金属接触工程铺平道路，为气体传感器等器件的应用提供巨大的潜力。
2020-03-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
ZnO-based Semiconductors and Structures for Transistors, Optoelectronic Devices and Sustainable Electronics
本文综述了ZnO基半导体的关键性质、沉积方法及其在薄膜晶体管、光电器件和可持续电子中的广泛应用前景。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Performance Ferroelectric Field-Effect Transistors with Ultra-High Current and Carrier Densities
本文通过采用2D MoS2通道和铁电AlScN栅介质，并用In替代Ti接触电极，显著提升了FeFET性能，实现了五倍增长的开态电流和开关比，并观察到单层MoS2的金属-绝缘体相变及低温高场效应迁移率。
2024-06-04 physics.app-ph
Efficient charge modulation in ultrathin LaAlO$_3$-SrTiO$_3$ field-effect transistors
在LaAlO $_3$ -SrTiO $_3$界面，通过调制载流子密度可以触发电子相变，使得该系统成为实现多功能电子器件的良好前景。在这里，我们报告可重复的晶体管操作在局部栅控LaAlO $_3$ -SrTiO $_3$场效应器件的LaAlO $_3$电介质是只有四个单位细胞薄，在这个界面上的临界厚度传导。这种极薄的电介质允许在$\pm1$ V的栅极电压窗口内进行${\sim}3.2\times10^{13}$ cm $^{-2}$的非常有效的电荷调制，如从电容-电压测量中提取的。这些也揭示了栅极和源极之间的大的杂散电容，呈现出纳米级器件操作的复杂性。尽管小的LaAlO $_3$厚度，我们观察到一个可以忽略不计的栅极漏电流，我们归因于扩展到SrTiO $_3$基板的导电状态。
2019-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantum Channel AlGaN/GaN/AlGaN High Electron Mobility Transistor
本文提出量子沟道 AlGaN/GaN/AlGaN HEMT，通过缩小沟道厚度实现量子限制，使低载流子密度下击穿场提升约36%、电子迁移率提升约50%，特别适用于高压、高频、高温和抗辐射应用。
2023-10-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Voltage-Controlled Magnon Transistor via Tunning Interfacial Exchange Coupling
由于磁振子（磁振子中自旋角动量的关键载流子）的电中性，磁振子晶体管可以通过电场有效地调节磁振子输运，这对于磁振子来说是期望的，磁振子晶体管的目的是提供对传统电子学的无焦耳热的替代。然而，也由于它们的电中性，磁振子不能直接与电场相互作用，因此难以直接通过电压来操纵磁振子输运。在这里，我们证明了一个栅极电压（$V_{\rm g}$）施加在金属/磁性绝缘体（NM/MI）的界面，弯曲的MI的能带，然后调制的可能性，在NM中的传导电子隧穿到MI可以因此增强或削弱在界面处的自旋磁振子转换效率。利用$V_{\rm g}$调制磁振子介导电流拖曳（MECD）效应，在Pt/$_{\rm 3}$ Fe $_{\rm 5}$ O $_{\rm 12}$（YIG）/Pt夹层结构中实现了压控磁振子晶体管。在300 K时，获得的效率（在$\pm V_{\rm g}$下MECD电压之间的变化率）达到10%/（MV/cm）。这种磁振子晶体管的原型提供了一种有效的方案来控制磁振子输运的栅极电压。
2023-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dielectric and gate metal engineering for threshold voltage modulation in enhancement mode monolayer MoS2 field effect transistors
University of Cambridge（剑桥大学）；Diamond Light Source（钻石光源）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本研究通过优化介电和栅极金属工程，实现了单层MoS2场效应晶体管的增强模式运行，展示了ZrO2作为高k介电的潜力。
2025-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Memory Window in Ferroelectric Field-Effect Transistors: Analytical Approach
铁电场效应晶体管（FeFET）的存储器窗口被定义为高态和低态阈值电压的分离，是FeFET存储器特性的重要度量。在这项研究中，我们从理论上研究了FeFET存储窗口和铁电栅绝缘体的P-E电滞回线之间的关系，并推导出一个紧凑的模型明确描述的材料参数。研究发现，在小极化区，记忆窗口与铁电极化成线性关系，当铁电极化远大于介电常数x矫顽场时，记忆窗口收敛于极限值2 x矫顽场x厚度。我们讨论了其他可能影响实际器件中存储窗口的因素，如夹层的存在（没有直接影响），界面电荷（铁电和电荷捕获滞后之间的线性叠加无效），和小回线操作（相当于界面电荷的产生）。
2022-11-03 physics.app-ph
Thickness-Controlled Black Phosphorus Tunnel Field-Effect Transistor for Low Power Switches
晶体管的不断缩小是当前信息技术成功发展的关键。然而，随着摩尔定律达到极限，迫切需要开发替代晶体管架构。晶体管要求电流每增加10倍，开关电压至少为60 mV，也就是说，亚阈值摆幅（SS）为每十倍（dec）60 mV。替代的隧道场效应晶体管（TFFET）被广泛研究以实现亚音速SS和高I60（SS变为60 mV/dec的电流）。异质结（HJ）薄膜晶体管显示出提供高的I60的承诺，但实验结果不符合理论预期，由于在HJ从不同的材料构成的接口问题。在这里，我们报告了一个自然的HJ-TFET与空间变化的层厚度在黑磷没有界面问题。我们在4-5 dec电流范围内实现了创纪录的低平均SS值（SSave_4dec = ~22.9 mV/dec和SSave_5dec = ~26.0 mV/dec），并具有创纪录的高I60（I60 = 0.65-1 uA/um），为低功耗开关的应用铺平了道路。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Scaled Atomic-Layer-Deposited Indium Oxide Nanometer Transistors with Maximum Drain Current Exceeding 2 A/mm at Drain Voltage of 0.7 V
在这项工作中，我们展示了规模的后端线（BEOL）兼容氧化铟（In 2 O3）晶体管的原子层沉积（ALD）的沟道厚度（Tch）为1.0-1.5 nm，沟道长度（Lch）下降到40 nm，等效氧化物厚度（EOT）为2.1 nm，创纪录的高漏极电流2.0 A/mm，在VDS为0.7 V的所有氧化物半导体。增强型In 2 O 3晶体管ID超过1.0 A/mm，在1 V的VDS也实现了通过控制通道厚度下降到1.0 nm，在原子层尺度。通过在HfO 2/In 2 O3氧化物/氧化物界面处形成超过4 E13/cm 2的高密度2D沟道来理解相对低迁移率非晶氧化物半导体中的这种高电流密度。
2020-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Silicide-based Josephson field effect transistors for superconducting qubits
量子计算机制造和运行的可扩展性是超越NISQ时代的关键。到目前为止，基于铝约瑟夫森隧道结的超导transmon量子比特已经展示了最先进的成果，尽管这项技术很难在大规模设施中实现。最近出现了另一种“门控”量子比特，它使用混合超导/半导体（S/Sm）器件作为门调谐约瑟夫森结。然而，目前这些技术的实现使用纳米线，其大规模制造也尚未成熟。可扩展的门控设计可以用CMOS约瑟夫森场效应晶体管作为可调谐的弱连接，其中理想的器件具有通过高透明度界面接触短沟道的大超导能隙的引线。在微电子工业中，硅化物可以实现高透明度或低接触电阻，其中一些硅化物被证明是超导的。本论文的第一部分是对两种材料的材料研究：$\text{V}_3\text{Si}$和PtSi，这两种材料分别具有高的$T_\text{c}$和成熟的集成度。第二部分包括50 nm栅长PtSi晶体管的实验结果，其中S/Sm界面的透明度由栅电压调制。在低电压下，输运在低能量下没有电导，并且在超导能隙处具有明确的特征。S/Sm界面处的势垒高度随着栅电压的增加而降低，直到零偏置峰出现在零漏电压附近，这表明出现了Andreev电流。硅基晶体管中Andreev电流的成功栅极调制代表着向完全CMOS集成的超导量子计算机迈出了一步。
2022-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Vertical, electrolyte-gated organic transistors: continuous operation in the MA/cm$^2$ regime and use as low-power artificial synapses
有机半导体通常不被认为在高度集成的100 nm以下晶体管中表现出出色的性能。因此，单晶材料如SWCNT、MoS 2或无机半导体是这些纳米尺度的选择材料。在这里，我们表明，使用一种新型的垂直场效应晶体管设计，沟道长度仅为40 nm，占地面积为2 x 80 x 80 nm $^2$，使用电解质门控时，可以实现有机聚合物的高电气性能。我们的有机晶体管结合了高于3 MA/cm $^2$的高通态电流密度、高达108的通/断电流调制比和高达5000 S/m的大跨导。考虑到在大的开/关比下的高开态电流，我们的新型结构也显示出在人工神经网络中使用的前景，在人工神经网络中，它们可以作为忆阻器件以低于100 fJ的能量使用进行操作。
2019-02-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Liquid Metal Printed Ultrathin Oxides for Monolayer WS2 Top-Gate Transistors
二维（2D）半导体是用于互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑电路的持续缩小尺寸的有前景的沟道材料。然而，它们的全部潜力仍然受到缺乏可扩展的高k晶体管的限制，这些高k晶体管可以实现原子级光滑的界面、小的等效氧化物厚度（EOT）、出色的栅极控制和低漏电流。在这里，我们报告了用于2D电子和电光器件的液态金属印刷的氧化物和可扩展的Ga 2 O3电介质。我们直接可视化的原子光滑的Ga 2 O3/WS 2接口，使液态金属印刷的保形性。我们证明了原子层沉积兼容性与高k Ga 2 O3/HfO 2顶栅电介质堆叠化学气相沉积生长单层WS 2，实现EOTs的~1 nm和亚阈值摆幅下降到84.9 mV/dec。栅极漏电流是在超规模低功耗逻辑电路的要求。我们的研究结果表明，液态金属印刷氧化物可以弥合下一代纳米电子学2D材料可扩展介电集成的关键差距。
2022-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phosphorus oxide gate dielectric for black phosphorus field effect transistors
层状半导体黑磷（bP）的环境稳定性仍然是一个挑战。已知通过用氧等离子体的反应性离子蚀刻生长的具有磷氧化物POx的bP表面的钝化提高剥离的bP薄片的光致发光效率。我们应用磷氧化物钝化在制造的bP场效应晶体管使用的栅极叠层组成的POx层生长的反应离子蚀刻，然后由原子层沉积的Al 2 O 3。我们观察到室温顶栅迁移率为115厘米2/Vs在环境条件下，我们归因于低缺陷密度的bP/POx接口。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
High Performance 4H-SiC Optically Controlled MOS Transistor
Department of Physics, College of Physical Science and Technology, Xiamen University（厦门大学物理科学与技术学院物理学系）
本文提出一种4H-SiC MOSFET，通过光控替代传统栅极电极，实现通道导电率直接调制，突破传统电压驱动器件的界面可靠性与电磁干扰限制，展现高开关比和快速切换能力。
2026-04-09 physics.app-ph
Novel Concepts for Organic Transistors: Physics, Device Design, and Applications
除了传统的有机薄膜晶体管，本论文探讨了第四波有机电子学的可能途径。在这种情况下，混合离子电子导体和有机电化学晶体管（OECTs）被确定为非常有前途的方法，使电子生物界面的生物信号的超灵敏检测。此外，这些系统显示了生物突触的基本特性，即突触可塑性，这使得建立大脑启发的神经形态网络的可能性，从而实现高效的计算。特别是，OECT作为传感器单元和自学习神经网络的组合，使医疗应用的智能标签的发展。总体而言，本论文为有机电子学领域增添了新的视角，并对进一步的研究和应用提出了展望。垂直有机晶体管领域的进步为有机晶体管在高分辨率AMOLED显示器或射频识别标签中的实现开辟了新的前景。此外，OECTs在类脑计算中的探索将在物理学、材料学和计算机科学等学科中开辟一个全新的研究领域。
2021-11-17 cs.ET physics.app-ph
First Demonstration of Robust Tri-Gate \b{eta}-Ga2O3 Nano-membrane Field-Effect Transistors Operated Up to 400 °C
首次采用剥离法在SiO2/Si衬底上制备了纳米薄膜三栅β-氧化镓（\b{eta} -Ga 2 O 3）场效应晶体管（FET）。通过采用电子束光刻，最小尺寸的特征可以用50 nm的鳍结构来限定。为了在\b{eta} -Ga 2 O 3和栅极电介质之间获得高质量的界面，利用原子层沉积的15 nm厚的氧化铝（Al 2 O 3）和三甲基铝（TMA）自清洁表面处理。所制造的器件表现出极低的亚阈值斜率（SS）为61 mV/dec，高漏极电流（IDS）的开/关比为1.5 × 109，和可忽略的传输特性滞后。我们还通过实验证明了这些器件在高达400 °C的温度下测量的电流-电压（I-V）特性的鲁棒性。
2021-05-04 physics.app-ph
Tuning Ambipolarity in a Polymer Field Effect Transistor using Graphene electrodes
具有2D石墨烯电极的聚合物场效应晶体管是融合了两个世界最好的设备：一方面，有机材料的低成本和可加工性，另一方面，石墨烯的化学稳定性，极薄和灵活性。在这里，我们展示了通过将石墨烯电极并入晶体管几何形状中来调谐来自Polyera ActiveInk的半导体聚合物N2200的双极性质。我们的器件表现出平衡的双极行为，具有高电流的开-关比和载流子迁移率。这些效应是由石墨烯-聚合物界面处的有效能量势垒调制和弱电场屏蔽效应引起的。我们的研究结果提供了一种将2D石墨烯电极集成到双极晶体管中的策略，以改善和调节其特性，为新型有机电子器件的设计铺平了道路。
2020-05-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Designing Extremely Low-Power Topological Transistors with 1T'-MoS2 and HZO for Cryogenic Applications
Incheon National University（仁川国立大学）
本文提出了一种超低功耗的低温拓扑晶体管，通过结合1T'-MoS2拓扑通道和HZO铁电栅绝缘体，实现超陡转移曲线和低漏源电压下的高跨导，为大规模量子计算的低温电子接口提供高效解决方案。
2026-03-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Design and analysis of high electron mobility transistor (HEMT) inspired III-V electro-optic modulator topologies
与CMOS硅晶体管相比，基于III-V异质结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）由于异质结构界面处的2D电子气（2DEG）沟道中的高迁移率而提供优异的性能。基于氮化镓（GAN）的HEMT也适用于高功率和高温应用。GAN具有跨越非线性光学、压电微电子机械系统（MEMS）和单片微波集成电路（MMIC）领域的丰富材料特性。在本文中，我们提出了HEMT启发的III-V电光调制器拓扑结构，可能优于硅光子调制器。我们分析了电吸收和电折射的2DEG与光的相互作用，并提出了一个设计框架，选择性地利用所需的调制机制。我们的分析表明，在HEMT类结构中的电折射调制的调制指数与硅光子调制器相当，尽管具有高得多的电子迁移率，从而具有高得多的调制速率。
2019-12-23 physics.app-ph physics.optics
Thermally Oxidized Two-dimensional TaS2 as a High-\k{appa} Gate Dielectric for MoS2 Field-Effect Transistors
我们报告了一种新的方法来集成高\k{appa}的底部和顶部栅控二硫化钼场效应晶体管（FET）通过热氧化和机械组装的分层二维（2D）的TaS 2。结合X射线光电子能谱学（XPS）、光学显微镜、原子力显微镜（AFM）和电容-电压（C-V）测量证实多层TaS 2薄片可以通过热氧化均匀地转化为具有~ 15.5的高介电常数的Ta 2 O 5，同时保持2D TMD的几何形状和超光滑表面。使用热氧化的Ta 2 O 5作为栅介质制造的顶栅MoS 2 FET表现出接近106的高电流开/关比，亚阈值摆幅（SS）下降到61 mV/dec，并且在室温下的场效应迁移率超过60 cm 2 V-1 s-1，表明高介电质量和低界面陷阱密度。
2018-08-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Mechanism of Synergistic Effects of Neutron- and Gamma-Ray-Radiated PNP Bipolar Transistors
系统地研究了中子和γ射线辐照PNP晶体管的协同效应随中子注量、γ射线剂量和剂量率的变化规律。我们发现，在样品被中子辐照后，损伤表现出“滴答”样的γ射线剂量的依赖性。两个负的协同效应，这两个都有类似的电离损伤（ID）本身的幅度。第一个线性依赖于γ射线剂量，其斜率二次依赖于初始位移损伤（DD），可以归因于中子辐射引起的缺陷在硅中的愈合。第二个响应随γ射线剂量呈指数衰减，其幅值表现出较强的低剂量率灵敏度增强（ELDRS）效应，这是由于γ射线产生的质子能穿透SiO2/Si界面，钝化SiO2/Si界面附近的中子缺陷所致。基于该模型的模拟结果与实验数据吻合得很好，但与以前的模型不同，该模型没有假设位移缺陷的湮灭或钝化。解开的缺陷退火机制是重要的，因为它意味着位移损伤可以通过伽马射线辐射或质子扩散来修复，这可以在空间或其他极端环境中具有重要的器件应用。
2019-05-22 physics.app-ph physics.space-ph
Optimal asymmetry of transistor-based terahertz detectors
基于场效应晶体管（FET）的太赫兹辐射探测器是成像系统和无线通信中低噪声无源信号整流的最有前途的候选者之一。然而，到目前为止，还没有意识到公共FET相对于源极-漏极互换的几何不对称性是光电压收集的强烈目标。在这里，我们打破了传统的计划，并揭示了最佳的非对称FET结构提供的太赫兹响应度的最大化。我们制作了一系列的石墨烯晶体管与可变的顶栅位置相对于中间沟道，并比较其sub-THz响应在很宽的载流子密度范围内。我们发现，响应度最大化的输入栅电极移向源极接触。理论模拟表明，对于大的沟道电阻，超过栅极阻抗，这样的配方响应度最大化是通用的，并保持电阻自混合和光电检测路径。在小通道电阻的限制情况下，热电和自混合电压在改变不对称性时反应不同，这可以用于解开新材料中非线性的起源。
2021-10-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
