困擾肖特基半導(dǎo)體50余年的難題 或?qū)⒈皇┢平?/h1>
韓國蔚山國立科技大學(xué)(UNIST)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)肖特基半導(dǎo)體的金屬和半導(dǎo)體材料之間插入石墨烯，制備出了一種新型的肖特基二極管，大大提高了二極管的性能。他們的研究成果有望解決近50年來一直懸而未決的肖特基半導(dǎo)體的金屬-半導(dǎo)體接觸電阻問題，在科學(xué)界中引起了廣泛的關(guān)注。
韓國蔚山國立科技大學(xué)(UNIST)的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)利用石墨烯材料創(chuàng)造了一種新技術(shù)，大大提高了電子器件中使用的肖特基二極管(金屬-半導(dǎo)體結(jié))的性能。他們的研究成果有望解決近50年來一直懸而未決的肖特基半導(dǎo)體的金屬-半導(dǎo)體接觸電阻問題，在科學(xué)界中引起了廣泛的關(guān)注。
該團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)肖特基半導(dǎo)體的金屬和半導(dǎo)體材料之間插入了石墨烯，制備出了一種新型的肖特基二極管，這項(xiàng)新發(fā)明全面超越了現(xiàn)有技術(shù)，在促進(jìn)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展上被寄予厚望。
該研究成果已經(jīng)發(fā)布在了2017年1月份的《Nano Letters》雜志上，論文題目為：StrongFermi-Level Pinning at Metal/n-Si(001) Interface Ensured by Forming an IntactSchottky Contact with a Graphene Insertion Layer。
肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基勢壘二極管(Schottky Barrier Diode，縮寫成SBD)的簡稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬-半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢壘二極管，它是一種熱載流子二極管。
然而，由于肖特基半導(dǎo)體金屬-半導(dǎo)體界面處的原子會(huì)產(chǎn)生混合，產(chǎn)生接觸電阻，造成二極管的性能不能達(dá)到理想狀態(tài)(當(dāng)電壓被施加正向偏置時(shí)，理想二極管用作完美導(dǎo)體，并且當(dāng)電壓被施加反向偏置時(shí)，理想二極管類似于完美的絕緣體)。接觸電阻對于肖特基半導(dǎo)體的物理性能非常重要，接觸電阻的大小直接影響器件的性能指標(biāo)。
具有和不具有石墨烯插入層的Ni，Pt和Ti電極金屬/ n-Si(001)結(jié)的電學(xué)性能測量結(jié)果對比
Kibog Park教授通過在金屬-半導(dǎo)體界面插入石墨烯層解決了這個(gè)問題。在研究中，研究團(tuán)隊(duì)證明，由單層碳原子組成的石墨烯層不僅可以基本上抑制金屬和半導(dǎo)體材料混合，而且與理論預(yù)測很好地匹配。
Park教授說：“石墨烯片中的每個(gè)石墨烯層之間有一定的空間，具有量子力學(xué)層面的高電子密度，導(dǎo)致沒有原子可以穿過。因此，利用夾在金屬和半導(dǎo)體之間的這種單層石墨烯，可以克服原本不可避免的原子擴(kuò)散問題。
該研究還證實(shí)了之前的理論預(yù)測，即“在硅半導(dǎo)體中，不論其使用的金屬的類型，結(jié)表面的電性質(zhì)幾乎不改變，”，HoonHahn Yoon該項(xiàng)研究的第一作者說。
該研究還利用內(nèi)部光電子發(fā)射方法測量新制造的金屬/石墨烯/ n-Si(001)結(jié)二極管的電子能壘。上圖所示的內(nèi)部光電(IPE)測量系統(tǒng)對這些實(shí)驗(yàn)有很大貢獻(xiàn)。這個(gè)系統(tǒng)由四位UNIST的研究生(Hoon HanYoon，Sungchul Jung，Gahyun Choi和Junhyung Kim)開發(fā)，作為本科研究項(xiàng)目的一部分在2012年進(jìn)行，并得到韓國基礎(chǔ)推進(jìn)科學(xué)與創(chuàng)意(KOFAC)資助。
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