二維（2D）范德瓦爾斯（vdW）多層膜中的已有層間電阻會顯著影響沿材料厚度方向的載流子密度分布，并引起多層膜內(nèi)導(dǎo)電通道的空間變化和分離腋逆，以及與厚度相關(guān)的載流子遷移率婿牍。然而，在不同的靜電偏置條件下惩歉，層間電阻對載流子密度分布及其沿厚度方向變化的影響尚不明確等脂。在這里俏蛮，我們通過考慮不同的接觸電極結(jié)構(gòu)： (i)底部接觸，（ii）頂部接觸上遥，和（iii）垂直雙重接觸（VDC）搏屑，揭示了WSe2多層膜中存在的負(fù)差分層間電阻（NDIR）》鄢跨導(dǎo)的接觸結(jié)構(gòu)形狀變化清楚地表現(xiàn)出了載流子密度的再分布睬棚，并表明了導(dǎo)電通道沿厚度方向遷移的方向。此外解幼，在二維WSe2多層膜中抑党，電可調(diào)諧NDIR的獨(dú)特特征是通過用VDC四探針測量來確定頂部和底部通道電阻之間的觀測差異。我們的研究結(jié)果提供了一個(gè)優(yōu)化的器件布局撵摆，并進(jìn)一步了解了二維材料多層結(jié)構(gòu)中不同的載流子傳輸機(jī)制底靠。
拉曼在改善二維材料WSe2器件光電性能中的應(yīng)用
引言：自打使用透明膠帶機(jī)械剝離出（2D）單層石墨烯，各種二維材料材料陸續(xù)進(jìn)入研究人員的視野特铝，其表現(xiàn)出層間激子凝聚暑中，超導(dǎo)，量子干涉鲫剿，和量子相變等獨(dú)特性能鳄逾，顯示二維材料在高性能光電和量子計(jì)算中應(yīng)用的重要可行性。這獨(dú)特性能主要?dú)w因于它們的厚度相關(guān)的可調(diào)諧帶隙灵莲、超高載流子遷移率和強(qiáng)烈的光物質(zhì)相互作用雕凹。此外，二維vdW異質(zhì)結(jié)構(gòu)為研究拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)政冻、超晶格枚抵、和層間庫侖相互作用的影響提供了新的途徑。然而明场，與簡單的單層相比汽摹，二維vdW多層在相鄰層之間具有vdW間隙，擾亂了層間電荷效率苦锨，從而導(dǎo)致這些多層在平面內(nèi)和平面外載流子輸運(yùn)的各向異性逼泣。
在存在靜電偏置相關(guān)的層間電阻的情況下，以往的研究通過考慮Thomas-費(fèi)米電荷屏蔽長度和厚度相關(guān)的載流子遷移率舟舒，進(jìn)而描述了二維多層膜的復(fù)雜載流子輸運(yùn)拉庶。例如，在一個(gè)傳統(tǒng)的背柵結(jié)構(gòu)魏蔗，由于層間電阻和層依賴的平面內(nèi)載流子遷移率之間的相互作用砍的，層間電導(dǎo)率z高的層從底表面向頂表面移動。這就引發(fā)了載流子沿著厚度的空間再分布莺治。此外廓鞠，zui近通過比較獲得的關(guān)于底部接觸和頂部接觸的漏電流，已被證明是評估二維vdW多層內(nèi)導(dǎo)電通道的空間改變和分離的shou選方式谣旁。然而床佳，這種獨(dú)特的運(yùn)輸特性會被化學(xué)殘留物、表面吸附物如氧和水分子間的接觸阻力所掩蓋榄审。這會阻礙進(jìn)一步對二維vdW多層膜的載流子輸運(yùn)行為的了解砌们，特別是對于通道垂直方向的變化靜電漏和柵偏置條件下的位置。而這還會阻礙使用二維多層膜來實(shí)現(xiàn)佳的設(shè)備性能搁进。
在這項(xiàng)工作中浪感，我們報(bào)道了二維二硒化鎢（WSe2）多層膜中的靜電可調(diào)負(fù)微分層間電阻（NDIR）”剩跨導(dǎo)的形狀改變清楚地揭示了不同漏極和柵偏置條件下載流子密度沿厚度再分布的方向影兽，不同的接觸電極結(jié)構(gòu)驗(yàn)證接觸金屬WSe2界面質(zhì)量：(i)底部接觸（BC），（ii）頂部接觸（TC）和（iii）垂直雙面接觸（VDC）莱革。此外峻堰，我們用四探針檢測，過程中觀察到的WSe2多層膜的頂部和底部通道電阻之間的電可調(diào)諧層間電阻偏差可以用VDC測量了通道遷移方向的調(diào)制盅视，從而揭示了二維vdW多層膜中NDIR的起源捐名。
圖1：二維WSe2多層膜的器件結(jié)構(gòu)。(a)所制作的WSe2晶體管的代表性光學(xué)圖像（比例尺： 5 μm）闹击。插圖顯示了經(jīng)AFM確認(rèn)的WSe2的厚度輪廓（見紅線）镶蹋。在λEX = 532 nm和P = 0.5 mW處測量的WSe2多層膜的(b)拉曼光譜。（c-e）底部觸點(diǎn)(BC赏半、左側(cè)面板）梅忌、頂部觸點(diǎn)(TC、中間面板）和垂直雙面觸點(diǎn)(VDC除破、右側(cè)面板）的說明牧氮。
圖1a顯示了夾在多個(gè)排列的頂部和底部電極之間的WSe2多層膜的代表性光學(xué)圖像。本研究使用選擇性電子束光刻技術(shù)瑰枫，制備出在90 nm的SiO2/p+-Si襯底上的底部電極(L1/L2/L3 = 0.5/1/2 μm踱葛，30 nm厚的Au)。通過光學(xué)顯微鏡和原子力顯微鏡（AFM）確定的適當(dāng)選擇的顯微機(jī)械剝離的WSe2多層膜光坝，干轉(zhuǎn)移到底部電極上尸诽。 然后利用電子束光刻，制作垂直排列的頂部接觸電極（115 nm厚Au）盯另。制造器件的各種通道幾何信息精確地由原子力顯微鏡性含，如通道厚度（tWSe2≈15 nm，對應(yīng)于大約18-19層）鸳惯、長度（L1/L2/L3=0.5/1/2 μm）和寬度（W=6.5μm）商蕴。 然后利用532 nm的激光激發(fā)波長（λEX）叠萍，激光功率(P)為0.5 mW)AUT-Nanobase-XperRamC共聚焦顯微拉曼光譜儀系統(tǒng)，獲得了15 nm厚的WSe2的拉曼光譜（圖1 b）绪商。觀察到的E12g（≈249.0 cm-1）苛谷、A1g（≈6445px-1）和B12g（≈7717.5px-1）的優(yōu)勢拉曼峰與之前研究報(bào)道的一致。圖1c分別描述了BC格郁、TC和VDC所考慮的器件結(jié)構(gòu)腹殿。
之后通過，原子力顯微鏡例书、四探針法等多種檢測手段測試結(jié)果表明锣尉，從底表面到頂表面的垂直通道遷移。在靜電柵極和漏極偏置條件下决采，觀察到的NDIR與沿c軸的載流子密度分布密切相關(guān)自沧。跨導(dǎo)的接觸結(jié)構(gòu)相關(guān)的形狀變化和載流子密度的再分布清楚地表明了導(dǎo)電通道遷移的方向织狐。這些觀察結(jié)果有助于理解二維范德瓦爾斯多層結(jié)構(gòu)中的載流子輸運(yùn)機(jī)制暂幼，并可以幫助優(yōu)化器件布局以提高性能。
文章信息：該成果以“Negative Differential Interlayer Resistance in WSe2 Multilayers via Conducting Channel Migration with Vertical Double-Side Contacts”為題發(fā)表在知名期刊 Applied Materials&interfaces 上移迫。
本研究采用的是AUT-Nanobase-XperRam C共聚焦顯微拉曼光譜儀系統(tǒng)
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