InfoMat:通过CVD制备CoSe-WSe2横向异质结改善器件性能

二维(2D)半导体异质结因其独特的电学/光电性能,在下一代半导体设备中有极强应用的前景。通过构建垂直/横向范德华异质结,可以人工实现电子、光子、以及声子的限域输运。在异质结的制备过程中,化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)方法被广泛使用,对元素分布进行精确的空间调制,实现原子锐利的界面。

相对于半导体异质结,由于典型的半导体过渡金属二卤化物(TMD)和金属TMD(MTMD)之间晶格结构和化学性质差异较大,横向金属-半导体异质结的性质研究较少,并且合成难度较大。但高质量的金半横向异质结对于构造高性能半导体器件非常重要,可以有效降低传统器件接触位置能级的费米钉扎,构建可调肖特基结,实现超低接触电阻等。因此, 2D​​金半异质结的直接CVD合成对改善器件结构,优化器件性能具有重要价值。

基于此,来自湖南大学的段曦东教授团队利用两步CVD法,实现了高性能CoSe-WSe2横向异质结构的可控制备。该工作表明CoSe可以在预生长的WSe2纳米片边缘选择性成核,形成CoSe-WSe2金半横向异质结。AFM研究表明,在双层WSe2的边缘上横向外延生长的CoSe的厚度低至1.9 nm。HRTEM研究进一步揭示了CoSe和WSe2之间的独特界面。与传统的Cr/Au接触相比,CoSe‐WSe2横向异质结FET表现出令人满意的欧姆接触,并提高了器件性能。该工作在InfoMat上以题为“In‐plane epitaxial growth of 2D CoSe‐WSe2 metal‐semiconductor lateral heterostructures with improved WSe2 transistors performance”在线发表(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/inf2.12157)。

我们摘取了文章里的几部分重点给大家做个介绍:

1、二维金半面内外延示意图

2、金半外延的调制过程

单层WSe2的外延过程中表现为横向的扩散生长;双层WSe2的外延表现为温度调制的纵向生长。

3、所得异质结表现出的单晶特性

4、基于CoSe-WSe2异质结构建的FET器件:面内金半外延接触器件迁移率可达42.1 cm2 V-1 s-1,平带势垒降低至48 me V。