為了形成范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)（vdWHs），垂直集成了二維層狀材料羽利，在這篇文章中通過低真空光電流測(cè)試技術(shù)研究垂直場(chǎng)效應(yīng)晶體管
（VFET）的范德華異質(zhì)結(jié)在不同漏極偏壓宫患，柵極偏壓和金屬功函數(shù)下的遷移率刊懈，WSe2中的陷阱是主要散射來源这弧，它影響了垂直遷移
率和三種不同的傳輸機(jī)制：歐姆傳輸娃闲、陷阱受限傳輸和空間電荷受限傳輸。
為了形成范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)（vdWHs）匾浪，垂直集成了二維層狀材料皇帮，在這篇文章中首先研究和設(shè)計(jì)了垂直場(chǎng)效應(yīng)晶體管（VFET）的范德
華異質(zhì)結(jié)在不同漏極偏壓，柵極偏壓和金屬功函數(shù)下的遷移率蛋辈，WSe2中的陷阱是主要散射來源属拾，它影響了垂直遷移率和三種不同的傳
輸機(jī)制：歐姆傳輸、陷阱受限傳輸和空間電荷受限傳輸冷溶。
通過提高WSe2的費(fèi)米能級(jí)來抑制陷阱態(tài)渐白，可以提高VFET的垂直遷移率，這可以通過施加高的漏極電壓來增加注入的載流子密度逞频，或
者可以通過分別施加?xùn)艠O電壓和降低金屬功函數(shù)來減小石墨烯/WSe2纯衍、金屬/WSe2異質(zhì)結(jié)的肖特基勢(shì)壘來實(shí)現(xiàn)。
圖1
圖1 石墨烯/WSe2/金屬垂直場(chǎng)效應(yīng)晶體管VFET結(jié)構(gòu) a)VFET源極苗胀、溝道襟诸、漏極示意圖b) 具有明亮對(duì)比度（右面）和黑暗對(duì)比度（左
面）的截面明場(chǎng)STEM圖像 c) 石墨烯/ WSe2 /金屬VFET中的陷阱源示意圖 d) 器件的光學(xué)圖像，顯示底部石墨烯層（虛線）基协，頂部金
屬電極（虛線）以及中間WSe2層 e)石墨烯拉曼成像（1585cm-1）f)WSe2拉曼成像（250cm-1）歌亲。
電荷載流子的遷移率是由WSe2中陷阱的散射決定的，這是由層間間隙中的Se和W空位或離子化雜質(zhì)引起的（圖1c）澜驮。
圖1d顯示了一個(gè)典型的石墨烯/ WSe2 /金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件的光學(xué)圖像陷揪，該器件具有位于WSe2薄片下方的12 μm寬的石墨烯（虛線）。
圖1e泉唁，f顯示了石墨烯的G峰強(qiáng)度（圖1e中為1585 cm-1）和WSe2的E12g + A1g峰（圖1f中為250 cm-1）的拉曼成像圖鹅龄，這清楚地辨別
了石墨烯、WSe2和金屬電極的堆疊區(qū)域亭畜。石墨烯和WSe2的拉曼峰都出現(xiàn)在重疊區(qū)域（圖S3扮休，支持信息）。
圖2
圖2 柵極偏壓下石墨烯/WSe2/金屬VFET中的陷阱填充限制載流子傳導(dǎo)和遷移率工程a)石墨烯/WSe2/金屬VFET隨著溫度變化的轉(zhuǎn)移曲
線拴鸵。插圖為正柵極偏壓（實(shí)線）和負(fù)柵極偏壓（虛線）下石墨烯/WSe2/金屬VFET的能帶示意圖玷坠。b)各種柵極電壓下JSD-VSD的特性
曲線。c)Ⅱ區(qū)柵極電壓下石墨烯/WSe2/金屬VFET中的陷阱密度和遷移率劲藐。d)從ln(J(V)/V2)-1/V曲線中計(jì)算的柵極電壓下的肖特基勢(shì)
壘八堡。e,f)在VGS=-50V和50V時(shí)石墨烯/WSe2/金屬VFET的能帶示意圖。
石墨烯/WSe2界面處的肖特基勢(shì)壘可以調(diào)制電流（圖3a的插圖）聘芜。
正的柵極電壓可有效降低石墨烯/WSe2肖特基勢(shì)壘高度兄渺，從而促進(jìn)電子的歐姆傳輸。相反汰现，負(fù)柵極電壓增加了肖特基勢(shì)壘的高度挂谍，從
而通過熱電子發(fā)射抑制了肖特基勢(shì)壘上的電子傳輸叔壤。
開關(guān)比隨著溫度的降低從315K的10增加到160K的103（圖3a），這歸因于在off狀態(tài)下肖特基勢(shì)壘上熱電子發(fā)射的減少口叙。
圖3
圖3 不同金屬功函數(shù)的石墨烯/WSe2/金屬VFET的陷阱填充限制載流子傳導(dǎo)和遷移率工程a)Au,Al,Mn金屬電極的石墨烯/WSe2/金屬
VFET的JSD-VSD特性曲線炼绘。插圖展示了在單層WSe2薄片上的三種不同金屬電極的VFET。b)Au,Al,Mn金屬電極的VFET的ln(J(V)/V2)
曲線和計(jì)算的肖特基勢(shì)壘妄田。c)Au,Al,Mn金屬電極的VFET的能帶示意圖和陷阱態(tài)俺亮。d-f) 對(duì)于Au（d），Al（e）和Mn（f）金屬電極疟呐，使
用VSD和VGS以J=Vm中的指數(shù)m的曲線脚曾。g,h)Au,Al,Mn金屬電極的VFET中的（g）陷阱密度（h）遷移率通過在單個(gè)WSe2薄片（圖4a
的插圖）上演示三種不同的金屬電極（Au，Al和Mn）來控制金屬/ WSe2界面處的肖特基勢(shì)壘高度启具。
在J-V特性曲線中（圖4a）斟珊，Mn電極顯示整個(gè)VSD的電流最高，而Au電極中的電流最低富纸，這歸因于不同功函數(shù)金屬與WSe2之間的肖
特基勢(shì)壘的高度不同囤踩。
通過施加?xùn)艠O電壓可以進(jìn)一步提高遷移率，如圖3所示晓褪。Mn堵漱，Al和Au構(gòu)成的異質(zhì)結(jié) 隨不同柵壓（圖S9，支撐文獻(xiàn)）的J-Vm曲線的指數(shù)
m 分別被畫在圖4d-f涣仿。在所有器件中勤庐，VGS的增加，使VTFL移至更低的VSD好港，從而導(dǎo)致無陷阱SCLC區(qū)域的擴(kuò)大和陷阱填充受限區(qū)域
的變窄愉镰。在較低的肖特基勢(shì)壘器件中，VTFL更低钧汹，這歸因于較低的陷阱密度丈探。 圖4g，h顯示了在各種柵極電壓下拔莱，Mn / WSe2 /石墨
烯碗降，Al / WSe2 /石墨烯和Au / WSe2 /石墨烯器件的陷阱密度和遷移率√燎兀總體而言讼渊，Mn vdWH的陷阱密度大約是Au vdWH的四倍，在
VGS = 50 V時(shí)最小陷阱密度為5×1017cm-3尊剔。Mn vdWH中的低陷阱密度將遷移率提高到5.4× 10-5 cm2V-1 s-1爪幻，約為Au vdWH初始遷
移率的76倍。
實(shí)驗(yàn)部分
表征：石墨烯/WSe2/金屬VFET的電學(xué)特性是在低真空條件下使用探針臺(tái)通過源表（Keithley 4200）測(cè)量的， 使用Nanobase
XperRam 200拉曼成像系統(tǒng)測(cè)量拉曼光譜挨稿。
注：本文章翻譯自：Mobility Engineering in Vertical Field Effect Transistors Based on Van der WaalsHeterostructures
期刊：Advanced Materials
作者：Shin, Yong Seon;Lee, Kiyoung;Kim, Young Rae;Lee, Hyangsook;Lee, I. Min;Kang, Won Tae;Lee, Boo Heung;Kim, Kunnyun;Heo, Jinseong;Park, Seongjun;Lee, Young Hee;Yu, Woo Jong
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