7、下一代二硫化钼：特性、制备与应用展望

下一代二硫化钼：特性、制备与应用展望

1. 二维材料的评估

   • 自1947年第一只晶体管在贝尔实验室发明后，集成电路时代随之而来。依据摩尔定律和国际半导体技术路线图，MOSFET的尺寸不断缩小以提升性能，缩小幅度超过两个数量级。然而，当沟道长度减小到与源极和漏极耗尽层宽度相当时，沟道内会出现迁移率退化现象，引发多种短沟道效应（SCEs），导致器件性能下降。为克服SCEs，减小栅极氧化物厚度，但这会降低Ion/Ioff电流比，增加栅极泄漏电流。
   • 为解决这些问题，MOSFET中的SiO2被二维材料取代。起初，石墨烯被用作栅极介电材料，它是一种高导电性的半金属，具有高拉伸强度和出色的热导率。但由于其零带隙特性，在电子应用中受到限制。这促使人们研究具有带隙的二维材料，其中二硫化钼（MoS2）因其比石墨烯更宽的带隙而备受关注。
   • 从I - V特性来看，MoS2由于存在带隙，与零带隙的石墨烯相比，具有更高的电导率比。同时，与传统MOSFET中使用的硅相比，MoS2在更窄的电源电压范围内导通，并且在不同的漏极和栅极电压下表现出更好的导电性。

2. MoS2概述

   • 基本特性 ：MoS2可通过胶带剥离法和化学气相沉积（CVD）技术制备，这些方法已使用数十年。MoS2具有高驱动电流、低泄漏电流、低隧穿电流、高工作频率（THz）、常温下热导率为131 Wm - 1 k - 1、良好的开/关电流比（108）、迁移率为200cm2/vs - 1以及低至65