用于二维电子学的亚毫米级氧化钕氧氯化物单晶电介质

《Advanced Materials》：Submillimeter-Sized Neodymium Oxychloride Single-Crystal Dielectrics for 2D Electronics

二维介电材料与纳米电子器件集成：采用改进物理气相沉积法成功制备单晶NdOCl纳米片（尺寸169微米，厚度5纳米），其高介电常数（11.7）、超低漏电流（10^-7 A/cm2）和宽禁带（4.57 eV）特性显著提升MoS?/NdOCl场效应晶体管性能，实现载流子迁移率123 cm2/V·s（80 K）和逻辑非门增益60.9，为纳米电子学器件提供新型高κ介质解决方案。

　　

摘要

与原子级薄半导体集成在一起的二维电介质在应对未来纳米电子学中的缩放挑战方面具有巨大潜力。然而，现有的二维电介质受到介电常数不足、界面质量差以及栅极控制能力下降等限制。本文介绍了一种采用改进的物理气相沉积（PVD）方法制备的单晶氧化钕（NdOCl）纳米片的方法，这些纳米片的尺寸小于毫米级（169 μm），厚度极薄（5 nm）。NdOCl纳米片具有较高的介电常数（κ≈11.7）、极低的漏电流（≈10^?7 A cm^?2）以及4.57 eV的宽带隙。采用MoS₂/NdOCl构成的场效应晶体管（FET）实现了较高的开/关电流比（10⁸）、陡峭的亚阈值摆幅，并有效抑制了库仑散射，从而在80 K温度下获得了123 cm² V^?1 s^?1的载流子迁移率，这一数值是MoS₂/SiO₂FET的三倍。高介电常数NdOCl的应用促进了短通道MoS₂FET（100 nm）和高增益逻辑反相器（60.9）的成功制备。这些发现凸显了NdOCl作为下一代二维栅极电介质在先进、微型化纳米电子应用中的巨大潜力。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。