二硫化鉬及二硫化鎢傳輸特性及其電晶體之研究

Abstract

本研究以蒙地卡羅法討論二硫化鉬以及二硫化鎢的傳輸特性，經模擬後得知二硫 化鉬及二硫化鎢的電子遷移率分別為171 cm2/V-s 及83 cm2/V-s。此外，能帶中，K 能谷以及Q 能谷間的能量差是影響材料傳輸特性的重要因素。但若將二維材料周圍以高介電係數材料包覆，遠程聲子散射將會成為最重要降低材料速度的因子。我們將討論完的材料特性帶入二維奈米片電晶體討論元件特性。材料、閘極長度、電極交疊區域、介電層以及電子摻雜將被討論。我們發現相較於二硫化鎢，二硫化鉬會是較好的通道材料。至於介電層，因三氧化二鋁較二氧化鉿有較低的遠程聲子散射，會是較好的介電層材料。電極交疊區域縮短以及摻雜能給電流帶來正面的效應。至於閘極長度的選擇，則要在縮短閘極的好處以及閘極控制力下降間來選擇。在眾多的參數間進行優化後，我們設計出一電晶體，其閘極長度七奈米，電極交疊區域一奈米，介電層為等效氧化層厚度0.8 奈米之氧化鋁以及電子摻雜為4×1013 cm-2。此電晶體在操作電壓0.65伏以及截止電流為1×10-4 μA/μm 下，開路電流可達495 μA/μm，符合國際半導體技術發展藍圖於2022 年對電流之要求。此外，其亦展現出良好的閘極控制能力。