基于二維范德華（2D vdW）材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件由于其異質(zhì)結(jié)特性而在高端電子應(yīng)用中得到了廣泛研究。在這項研究中，作者展示了由橫向串聯(lián)雙極半導(dǎo)體/Gr橋/n型二硫化鉬組成的石墨烯（Gr）橋異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件作為場效應(yīng)晶體管（FET）的溝道材料。與傳統(tǒng) FET 操作不同，作者的 Gr 橋器件表現(xiàn)出非經(jīng)典傳輸特性（駝峰傳輸曲線），因此具有負(fù)差分跨導(dǎo)。這些現(xiàn)象被解釋為兩個串聯(lián) FET 的工作行為，它們是由 Gr 橋?qū)拥臇艠O可調(diào)接觸電容造成的。使用具有窄禁帶和寬帶隙材料的雙極半導(dǎo)體作為基于非經(jīng)典傳輸特性的更先進的電路應(yīng)用，成功演示了多值邏輯逆變器和三倍頻器電路。因此，這項創(chuàng)新且簡單的器件結(jié)構(gòu)工程將成為未來二維納米電子學(xué)多功能電路應(yīng)用的一項有前途的技術(shù)。
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Fig 1. (a) 雙極PdSe?和WSe? FET的原子晶體結(jié)構(gòu)和ID-VG轉(zhuǎn)移特性曲線; (b) 雙極半導(dǎo)體中Eg, Vth和ID之間關(guān)系示意圖;(c) 二維雙極半導(dǎo)體FET基于不同能帶隙的谷狀估計轉(zhuǎn)移模型;(d) Gr橋異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件的概念器件原理圖和電子元件符號;(e) Gr 橋場效應(yīng)晶體管的器件結(jié)構(gòu)及串聯(lián)電阻模型。
Fig 2. (a) 用于多值邏輯應(yīng)用的PGM-FET橫斷面3D器件示意圖;(b)(c) PGM-FET的OM圖像;(d) MoS?-FET、PdSe?-FET和PGM-FET在VD為1 V時的ID-VG傳輸特性曲線;(e)(f)(g)(h)根據(jù)MoS?-FET, PdSe?-FET和 PGM-FET的ID-VG輸出特性曲線估算出PGM-FET的跨導(dǎo)。
Fig 3. (a) 基于PGM - FET的電阻負(fù)載逆變器多值邏輯電路應(yīng)用電路圖;(b) 0.1-2v VDD基于PGM - FET的多值邏輯運算的VTC特征曲線，插圖顯示了三種不同的輸出狀態(tài);(c) 所演示的VDD三元逆變邏輯電路的電壓增益范圍為0.1 V至2 V，插圖顯示了正弦波形Vin的動態(tài)Vout響應(yīng)。
Fig 4. (a) 用于頻率三倍器電路應(yīng)用的WGM-FET的橫截面3D器件示意圖;(b)(c)圖案化前后WGM-FET的OM圖像;(d) MoS?-FET、WSe?-FET和WGM-FET的ID-VG傳輸特性曲線;(e)從(d)得到的WGM-FET的估計跨導(dǎo)。
Fig 5. (a) 基于WGM -FET的電阻負(fù)載逆變電路應(yīng)用電路圖;(b) 基于WGM -FET的頻率三倍器電路在VDD為2 V時的VTC曲線，插圖顯示了四種不同的輸出狀態(tài) (c) 基于WGM -FET的三倍頻電路的電壓增益;(d) 頻率三倍器由一個周期Vin轉(zhuǎn)換的頻率響應(yīng)。(e) 頻率三倍器電路對0.1 hz、0.5 hz和1hz輸入正弦波形Vin的實時Vout響應(yīng)。
相關(guān)研究工作由韓國仁荷大學(xué)Young Tack Lee課題組于2023年在線發(fā)表在《Nano-Micro Letters》期刊上，Graphene Bridge Heterostructure Devices for Negative Differential Transconductance Circuit Applications，原文鏈接：
https://doi.org/10.1007/s40820-022-01001-5
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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