奇怪的物理和未来的设备。
二维半导体的独特物理特性为新型开关提供了潜力，可以将传统mosfet的用途扩展到各种新领域。
MOSFET在栅电容器的一侧施加电压。通道中产生的电场改变了能带结构，促进或阻碍了载流子的流动。所以当器件缩小时，栅极电容也会缩小。
问题是快速的切换速度需要较短的通道和较高的载流子密度。这使得产生尖锐的ON/OFF转变更加困难，导致高OFF状态泄漏电流。二维半导体对mosfet很有吸引力，部分原因是它们可以减少界面散射和改善通道迁移率。
MOSFET结构的局限性是众所周知的，并帮助激发了过去几十年的器件研究。例如，栅极全能晶体管通过从各个方向施加电场来改善对通道的控制。与此同时，隧道fet (tfet)依赖于穿过能量势垒的隧道。
一些新的设备概念依赖于新的开关机制。例如，载流子的流动可以通过铁电材料的极化或结构相变来改变。关于这个主题的一个更有趣的变化是基于莫特过渡从金属态到绝缘态。
在良好导体中的电子是去局域化的，与原子核心分离，在外加电场的影响下自由漂移。在没有外部场的情况下，它们的运动取决于动能和相互之间以及原子晶格之间的库伦引力和斥力之间的平衡。
温度在这里起着重要的作用。在较低的温度下，电子的动能较小，其他力相应地变得更重要。降低物理自由度，例如，通过将载流子限制在一维或二维材料中，或在量子阱这样的结构中，进一步限制了电子对库仑力的响应能力。
什么是莫特绝缘体?
如果动能足够低，或者晶格内的散射足够强，载流子可能无法克服电子之间的斥力。由于无法移动，它们变得局域化，被困在传导带的下部。(或者，更准确地说，它们被困在传导带分裂成的两个哈伯德带的下部。)这是一个莫特绝缘体，金属态和绝缘态之间的转变就是莫特转变。
相关电子态，如Mott跃迁，出现在理论讨论载流子的行为在零开尔文。这种结构的实际应用显然是有限的，但莫特绝缘体的行为已经在各种材料中看到-特别是过渡金属氧化物-在环境温度及更高温度下。
当从绝缘体到金属发生转变时，困在导电带下部的载流子再次自由地在整个材料中移动，载流子浓度增加了4:1。除了温度之外，载流子密度的增加也可以触发这种转变，例如电解层或施加到电容器上的电荷。这些结构统称为mottfet。
石墨烯带工程
那么，这一切与石墨烯有什么关系呢?加州大学伯克利分校的博士后研究员陈国瑞表示，解释，来自独立二维层的范德华异质结构的组装允许对堆栈中的每一层进行单独优化。层间和静电耦合可以用来操纵元件层的电学性能。
Chen的团队将三层石墨烯堆叠在单层六方氮化硼之间，形成双栅极器件，顶部是金电极，底部是硅衬底。由于石墨烯和hBN的晶格间距不同，这些结构形成了具有周期性的超晶格，取决于扭转角
扫顶栅电压产生了两个显著的电阻峰值，作者将其归因于莫特绝缘子的半填充电子态特征。改变顶部和底部栅极电压可以独立控制电场强度和电荷浓度。这种超晶格工程方法应该适用于许多二维材料，包括过渡金属二卤属化合物，如MoS2．
此时，这样的结构属于实验物理领域，而不是实际设备。但半导体行业的历史是一个不断重新定义“实用”和“不切实际”方法的故事。晶体管本身最初只是一个表面科学实验，现在这个行业每天制造数十亿个“不可能”的设备。
当设备工程师们仔细研究他们的水晶球时，莫特场效应晶体管为极端规模化的挑战提供了一种可能的解决方案。
有关的故事
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
留下回复