费米能级调谐以提高二维石墨烯基FET的稳定性

二维(2D)半导体是一类具有原子级厚度的半导体材料。这些材料具有许多有利的特性，包括在1nm以下的厚度下具有良好的迁移率，这使得它们特别有希望用于场效应晶体管(FET)和其他电子、光子和光电元件的开发。

尽管它们具有优势，但当它们用于构建电子元件时，这些材料通常表现出有限的电气稳定性。其主要原因是源自半导体的电荷载流子可以与围绕器件内部材料的绝缘体中的缺陷相互作用，从而阻碍器件的稳定性。

TUWien和AMOGmbH的研究人员最近展示了一种可用于提高基于2D材料的FET稳定性的策略。这一策略在NatureElectronics上发表的一篇论文中进行了介绍，需要调整2D材料的费米能级，以确保它在器件运行时最大化电荷载流子与栅极绝缘体中的缺陷之间的能量距离。

研究人员在论文中写道：“在FET中，由此产生的俘获电荷会导致较大的滞后和器件漂移，特别是在使用常见的非晶栅极氧化物(如硅或二氧化铪)时，会阻碍稳定的电路运行。”“我们表明，可以通过费米能级调谐来提高具有非晶栅氧化物的基于石墨烯的场效应晶体管的器件稳定性。”

在他们的实验中，研究人员测试了以氧化铝(Al2O3)作为顶栅氧化物的不同石墨烯FET，并比较了它们的性能。他们测试的其中一批设备也使用了p掺杂石墨烯层。

研究人员在他们的论文中解释说：“我们特意调整了通道的费米能级，以使通道中的电荷载流子与非晶铝栅氧化物中的缺陷带之间的能量距离最大化。”

有趣的是，研究人员发现他们的方法提高了晶体管的稳定性。事实上，经过费米调谐的一批FET远离氧化铝的缺陷(即p掺杂最多的那个)导致较低的滞后和偏置温度不稳定性，这两个特性通常与操作不稳定性相关。

该团队通过运行一系列技术计算机辅助设计(TCAD)模拟进一步验证了他们的方法的有效性。这些是通常用于对半导体设备和工艺进行建模的计算机模拟。

“电荷俘获对通道的费米能级与绝缘体中的缺陷带的能量对齐高度敏感，因此，我们的方法最大化了电有源边界陷阱的数量，而无需减少陷阱的总数。绝缘体，”研究人员在他们的论文中补充道。

这组研究人员最近的工作强调需要为基于2D半导体的设备选择合适的设计，以确保可靠和稳定的运行。将来，他们论文中介绍的方法可用于提高基于2D石墨烯的FET的稳定性。

此外，相同的策略可能适用于广泛的绝缘体，包括晶体绝缘体。在接下来的研究中，研究人员计划进一步测试他们提出的策略，以确定不同材料组合可以实现的稳定性水平。

费米能级调谐以提高二维石墨烯基FET的稳定性

该团队通过运行一系列技术计算机辅助设计(TCAD)模拟进一步验证了他们的方法的有效性。这些是通常用于对半导体设备和工艺进行建模的计算机模拟。

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