材料化学 课件 13-5.新兴半导体及其材料化学

1.1芯片技术演进及第一代半导体1.2单晶硅制备的材料化学1.3第二代半导体及其材料化学1.4第三代半导体及其材料化学1.5新兴半导体及其材料化学第一讲：半导体革新及其材料化学目录新兴半导体材料体系更窄禁带的锑化镓、铟化砷等超宽禁带的氧化镓或氮化铝等金属氧化物半导体二维材料TMDs、石墨烯等CNTs新兴半导体及其材料化学过渡金属硫族化合物，TMDC有着丰富能带结构优异的光电性能可被用于LED、激光器、光电传感器石墨烯导电性和热传导佳尺寸和形状易控制金刚石高热导率（22W

cm-1K-1）Ultra-widebandgapsemiconductormaterials.Elsevier.(2019)

新兴半导体及其材料化学新兴半导体及其材料化学石墨烯的制备

2H-MX2（三棱柱相）:半导体特性1T-MX2

（八面体相）:金属特性过渡金属硫族化合物（Transition

MetalDichalcogenides,TMDC）新兴半导体及其材料化学相对较高稳定性，可调控电子和光学特性MX2M:过渡金属X:硫族元素层状材料层内：化学键层间：范德华(vdW)力常见TMD元素与其禁带宽度汇总表

禁带宽度与硅(1.12eV)相近，适合用于制作晶体管载流子的输运被限制在二维平面之中迁移率在100～400cm2·V-1·s-1多层(间接带隙)→单层(直接带隙)带隙随着层数减小而不断增大

可通过调整层数调控带隙MoS2禁带随原子层数变化图

Nanoscale,

6(22),13283-13300.

(2014)TMDC禁带可调控，与硅的性质有良好的匹配性新兴半导体及其材料化学化学气相沉积是目前使用最广泛、最具有前景的生长方法ChemicalSocietyReviews,

51(10),4000-4022.(2022)ChemicalSocietyReviews,

44(9),2587-2602.(2015)新兴半导体及其材料化学TMDC的制备策略自上而下（Top-down）:机械剥离、电化学剥离等自下而上（Bottom-up）:

CVD、MOCVD、MBE、ALD等化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition,CVD)前驱体高温形成蒸气，通过载气运送扩散到衬底上方，经过化学反应生成TMDC沉积在衬底上形成晶体可生长厘米级单层薄膜；可用于生长超晶格与异质结构

生物传感器检测浓度：10

fM检测时间：2分钟NatCommun

13,7593(2022)气体传感器灵敏度:

190%

20ppbofNO2吸收密度:~1015

cm-2

(4.8nm厚）cdNaturecommunications,

6(1),8632.(2015)新兴半导体及其材料化学TMDC的应用前景磁性隧穿结器件隧穿磁阻：19,000%不同磁阻状态之间的电控切换Science

360,1214–1218(2018)

光电传感器探测率:

2.7 × 1012 cm Hz1/2 W−1响应时间：23μsNatElectron

4,357–363(2021)单层MoS2晶体管栅极长度：0.34

nm电流开关比：1.02×10

5Nature

603,259–264(2022)单层分子超晶格晶体管电流开关比:107

电子迁移率:289cm2/V·sNature

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