综  述

1 现代高端集成电路基础材料的高精度X射线表征

X射线衍射形貌术（XRT）是一种利用X射线与晶体相互作用，通过衍射现象研究晶体内部结构变化的技术。在材料科学领域，XRT技术被广泛应用于揭示晶体结构的细微特征和缺陷分布。通过测量X射线在晶体中的衍射角和强度，XRT技术能够分析出晶体中晶面的取向、间距以及晶体缺陷的存在和性质。由于X射线具有强穿透性，XRT技术可以在不破坏样品的前提下进行非破坏性检测，为材料科学研究提供了重要的技术支持。

同步辐射X射线衍射形貌术（SR-XRT）是一种利用同步辐射源产生的高能X射线进行晶体结构分析的技术。与传统的X射线源相比，同步辐射源产生的X射线具有宽波段、高准直、高亮度等特点，使得SR-XRT技术能够在更高的分辨率下研究晶体结构。在半导体材料科学领域，SR-XRT技术被广泛应用于研究半导体异质结构中的位错、缺陷和应变。通过测量X射线的衍射图案，SR-XRT技术能够揭示出半导体材料中晶体结构的微观特征和缺陷状态，为半导体器件的设计和制造提供重要的参考依据。

近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所联合上海科技大学、上海同步辐射光源、北京同步辐射光源撰写了关于SR-XRT技术在半导体材料表征中应用的综述论文，文章介绍了高精度X射线形貌学在半导体制造表征中的应用。

在这篇文章中，作者阐明了晶体质量、器件性能、产品良率之间的相关性，强调晶体质量在电子设备性能中的关键作用。他们通过实例说明了高精度同步辐射X射线形貌表征在半导体分析中的重要作用和具体应用。表征和测试方法在提高结晶材料质量的可控性方面起着至关重要的作用，作者列举了扫描电镜、透射电镜和X射线形貌学等常用的表征技术的特点，其中XRT可以高灵敏度检测晶体缺陷，具有独特的精度优势。文章详细介绍了常用的XRT方法实验配置以及SR-XRT在硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅、金刚石和氮化铝等材料中晶体缺陷无损检测中的实际应用。

最后，在总结现有实际应用进展的基础上，文章从学术方面、非学术方面以及综合方面强调了SR-XRT在半导体材料缺陷和畸变的快速无损检测方面的显著优势，成为材料科学、晶体学和电子研究领域不可或缺的工具，极大地推动了高质量材料制造工艺和相关器件应用领域的发展。

该文章以题为“High-precision X-ray characterization for basic materials in modern high-end integrated circuit”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 常见的X射线衍射形貌学实验配置。

图2. On-axis SiC的外延层缺陷形貌。（a）X射线反射形貌；（b）X射线透射形貌。

文章信息：

High-precision X-ray characterization for basic materials in modern high-end integrated circuit

Weiran Zhao, Qiuqi Mo, Li Zheng, Zhongliang Li, Xiaowei Zhang, Yuehui Yu

J. Semicond.  2024, 45(7): 071101  doi: 10.1088/1674-4926/24030016

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研究论文

2 功能性羧甲基纤维素/聚氧化乙烯/锐钛矿TiO₂纳米复合材料的制备及对介电弛豫、光学和光致发光性能的调控

利用溶胶−凝胶和溶液铸造技术，研究者制备了由羧甲基纤维素、聚氧化乙烯（CMC/PEO）、锐钛矿TiO₂（TO）组成的纳米复合薄膜材料。通过X射线衍射（XRD）和衰减全反射傅里叶变换红外（ATR-FTIR）分析发现，TiO₂纳米晶体被成功地合成到CMC/PEO聚合物中。TO纳米晶体粗糙的高水平增长表明CMC/PEO中的活性位点和缺陷增加。在差分扫描量热法（DSC）热谱图中，玻璃化转变温度（T_g）的变化证明聚合物混合物与TO NCs之间存在相互作用。通过观察可知，TO NCs的比例增长对纳米复合材料的介电性能有显著影响。CMC/PEO/TO纳米复合材料的电学性质发生了显著变化。随着聚合物混合物中TO NCs浓度的升高，纳米复合薄膜材料的吸收带边发生红移。其带隙随着TO NCs重量占比增长而显著减小。光致发光（PL）发射光谱表明，随着TO浓度升高，发光峰最大值的位置稍有变化，峰值变宽，而发光强度锐减。这类纳米复合材料显示出了在光电子学、抗反射涂层、光催化、发光二极管以及固体聚合物电解质等领域的应用潜力。

该文章以题为“Assembly of functional carboxymethyl cellulose/polyethylene oxide/anatase TiO₂ nanocomposites and tuning the dielectric relaxation, optical, and photoluminescence performances”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. CMC/PEO/TiO₂纳米复合材料的制备方案说明。

文章信息：

Assembly of functional carboxymethyl cellulose/polyethylene oxide/anatase TiO₂ nanocomposites and tuning the dielectric relaxation, optical, and photoluminescence performances

Asmaa M. Ismail, Abeer A. Reffaee, Fawzy G. El Desouky

J. Semicond.  2024, 45(7): 072101  doi: 10.1088/1674-4926/24020026

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3 基于热型原子层沉积工艺的垂直环沟道IGZO薄膜晶体管研究

基于氧化物半导体In-Ga-Zn-O（IGZO）沟道的薄膜晶体管（TFT）具有高开关电流比、高迁移率、超低漏电流及与集成电路后端工艺兼容等优势，是下一代动态随机存取存储器（DRAM）研究中的热点方向之一。在前期研究工作中，一种可应用于三维动态随机存取访问存储器（3D DRAM）的垂直环沟道（Channel-All-Around，CAA）晶体管结构，可以有效缩小器件尺寸，具有明显的存储单元密度提升优势。其中，如果IGZO沟道采用等离子体增强原子层沉积（Plasma-Enhanced-Atomic-Layer-Deposition，PEALD）薄膜的方式，生长中所采用的氧化剂是具有很强方向性的氧等离子体，该技术难以在具有高深宽比的复杂结构上实现好的台阶覆盖率和填充均匀性。而与PEALD相比，热型原子层沉积（Thermal-Atomic-Layer-Deposition，TALD）技术采用臭氧作为氧化剂，无方向性，在高深宽比的复杂结构中具有很好的台阶覆盖率和填充均匀性。因此，TALD-IGZO工艺研发是未来金属氧化物材料用于DRAM技术研发评估的重要基础。

近日，北京超弦存储器研究院与中国科学院微电子研究所合作，开发了TALD-IGZO生长工艺，完成了垂直环沟道IGZO薄膜晶体管器件性能验证。研究表明，在TALD-IGZO沉积过程中，通过调节工艺参数，可以精确调控IGZO薄膜元素组分和薄膜电学性质，如载流子浓度、迁移率等。并且，基于CAA晶体管，探索了不同IGZO薄膜作为沟道层对晶体管电学性能的影响。该项工作可以为未来高密度3D DRAM集成技术提供可行性方案参考。 

该文章以题为“Implementation of sub-100 nm vertical channel-all-around (CAA) thin-film transistor using thermal atomic layer deposited IGZO channel”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 垂直环形沟道结构IGZO薄膜晶体管的（a）光学显微镜俯视图; （b）正视图; （c）透射电镜横截面图; （d）各膜层元素分布的能谱图。

文章信息：

Implementation of sub-100 nm vertical channel-all-around (CAA) thin-film transistor using thermal atomic layer deposited IGZO channel

Yuting Chen, Xinlv Duan, Xueli Ma, Peng Yuan, Zhengying Jiao, Yongqing Shen, Liguo Chai, Qingjie Luan, Jinjuan Xiang, Di Geng, Guilei Wang, Chao Zhao

J. Semicond.  2024, 45(7): 072301  doi: 10.1088/1674-4926/24010032

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4 利用光学相变材料与椭圆超表面实现双重调节机制的全彩色透反射式可重构光学滤波器

全介质超表面具有低光吸收率和高分辨率的特点，正在成为全彩色显示的理想候选材料。然而，传统超材料的光学响应一经制造即固定不变，缺乏主动调谐的能力，目前已有通过MEMS、微流控和液晶调制等方法可以制备可重构超表面，但是上述方法普遍受限于开关速度、集成难度、状态易失和调谐范围。相变材料的结晶状态可以在外加光、电、热刺激下在纳秒尺度发生非易失性切换，其折射率和消光系数可以随着结晶状态的改变而发生变化，从而引起器件光谱特性的变化，有望用于解决上述问题。然而目前硫系相变材料被普遍用于实现红外波段的光学调制，其在可见光波段较大的光学吸收制约了其在动态结构色领域的应用。

近日，华中科技大学集成电路学院何强副教授、缪向水教授课题组提出了一种基于低损耗相变材料的可重构的、偏振敏感的全色域透反射光学滤波器。在这项工作中，他们使用低损耗相变材料Sb₂S₃和CaF₂全介质基底，展示了一种可重构的、偏振相关的动态色彩显示技术。基于强大的米氏（Mie）共振效应和低光学吸收结构，实现了具有高色纯度和高色域的全色透反射式显色。通过改变结构参数，可以在整个可见光范围内改变超表面的光学光谱。结合相变材料的相变机制和偏振敏感的超表面设计，同时实现了颜色改变和灰度调谐效果。光谱可通过改变入射光的偏振态或相变材料的结晶状态进行多机制的动态调节，利用低损耗 PCM 和衬底，可同时实现高透射率和高反射率。

椭圆柱型超表面以及低损相变材料的引入，实现了利用相变材料和偏振态的双重调控，拓展了动态超表面的应用场景。这种新型有源超表面可为光学加密、防伪和显示技术领域带来新的启发。

该文章以题为“Reconfigurable and polarization‐dependent optical filtering for transflective full-color generation utilizing low-loss phase-change materials”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 可调超表面的工作原理和示意图。(a) 超表面示意图。左图和右图分别显示了在TM偏振光下，非晶态和结晶态超表面的反射和透射颜色。(b) 由椭圆柱状Sb₂S₃和作为基底的CF₂组成的单元。R_x和R_y分别代表圆柱结构的长轴和短轴，T_x和T_y是单元在两个方向上的周期。t_pcm是相变材料的厚度。(c) 波长在400纳米到800纳米之间的非晶态Sb₂S₃（实线）和结晶态Sb₂S₃（虚线）的折射率（蓝色）和消光系数（红色）。

图2. R_y从10纳米到90纳米变化时的数值仿真（从下到上）。(a)、(b) 器件在非晶态（a）和结晶态（b）分别在TM偏振光下的反射光谱。(c) 图显示了PCM从非晶态变为结晶态时的Δλ。(d)、(e) 器件在非晶态（d）和结晶态（e）分别在TE偏振光下的反射光谱。(f) 在TM（星形）和TE（圆形）偏振光下，通过数值仿真得出的非晶态（绿色）和结晶态（红色）的 CIE1931 色度图。

文章信息：

Reconfigurable and polarization-dependent optical filtering for transflective full-color generation utilizing low-loss phase-change materials

Shuo Deng, Mengxi Cui, Jingru Jiang, Chuang Wang, Zengguang Cheng, Huajun Sun, Ming Xu, Hao Tong, Qiang He, Xiangshui Miao

J. Semicond.  2024, 45(7): 072302  doi: 10.1088/1674-4926/23120025

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5 基于双相共存调控的超低电阻漂移相变薄膜

基于硫族化物的相变存储器（PCM）不仅具有纳秒级擦除/写入速度、更长的循环寿命(>10^9-12次)、高精度、更好的耐用性等优点，还可以通过交叉阵列结构实现高密度集成，有望应用于相变神经元突触器件中。但是，相变材料初始非晶态与非晶化后熔融淬火态有所不同。因此，随后的再结晶和非晶化过程也不同，使得PCM经反复操作后难以准确记录每个初始存储状态。Ge₂Sb₂Te₅（GST）是目前公认的传统相变介质层材料，但是其以成核主导的结晶机制导致材料在整个再结晶过程中具有高度的成核随机性。在循环操作期间，非晶电阻会发生显著变化，导致 RESET 状态出现相当大的电阻漂移行为。相变材料GST的漂移系数达到~0.11，高于理想值0.01。因此，现有基于GST的PCM器件的电阻漂移行为容易造成阻态无法精准调控，不利于多级存储稳定可控。

近日，宁波大学王国祥研究员课题组成功制备了SnS掺杂GST的相变薄膜。在该工作中，他们通过巧妙地引入 SnS 改善了传统GST的相变特性。结果表明，SnS掺杂GST不仅非晶热稳定得到提高，且电阻漂移系数大幅度降低至0.01。与单相GST化合物体系相比，掺杂SnS的相变薄膜中有GST纳米晶体的沉淀，并伴有SnS晶体的沉淀，形成了独特的双相共存结构，电阻漂移的降低可归因于SnS掺杂后带隙从0.65 eV缩小到0.43 eV。因此，他们的研究揭示了电阻漂移与带隙之间的内在制约关系，提出了一种通过组分优化构建双相共存结构以缓解电阻漂移的新思路，对超低电阻漂移相变材料发展起到一定的指导意义。

该文章以题为“Dual-phase coexistence enables to alleviate resistance drift in phase-change films”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. （a）在30 ℃/min加热速率下，薄层电阻与退火温度之间的关系。（b）失效时间与倒数温度的关系图，以及（c）SnS掺杂GST薄膜在50 ℃下长达10³ s的薄层电阻随时间的函数。

图2. （a）纯GST和SnS掺杂GST样品的(αhv)^1/2与hv的关系图。（b）非晶态GST和SnS掺杂GST薄膜的电导率与往复温度之间的关系。

文章信息：

Dual-phase coexistence enables to alleviate resistance drift in phase-change films

Tong Wu, Chen Chen, Jinyi Zhu, Guoxiang Wang, Shixun Dai

J. Semicond.  2024, 45(7): 072303  doi: 10.1088/1674-4926/24040013

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6 波导集成型硅基锗雪崩光电探测器频率响应的峰值增强

雪崩光电探测器 （APD） 对于在光收发器中实现高灵敏度和响应度至关重要。波导耦合型硅上锗分离吸收、电荷和倍增 （SACM） APD 因其简单的制造工艺、低光传播损耗和高检测灵敏度在光通信中广受欢迎。波导集成型硅基锗雪崩光电探测器面临的关键技术：（1）光纤和芯片耦合技术；（2） 硅波导到外延锗层的耦合损耗技术；（3）传统的垂直型吸收、电荷及倍增分离结构 （SACM）需要厚硅外延技术，厚硅外延层的存在导致器件的耦合损耗大、工作电压大，并且厚硅外延工艺比较复杂；（4）高质量锗薄膜异质外延生长技术；（5）对 SACM 结构雪崩光电探测器而言，电荷层需要精心设计，保证雪崩倍增区和光吸收区之间的电场的合理调控。

近日，中国科学院微电子研究所李志华研究员课题组介绍了绝缘体上硅 （SOI） 晶圆上的横向 SACM Ge-on-Si APD，该晶圆在标准的 8 英寸硅光子学平台上生长 10 μm 长、0.5 μm 宽的 1310 nm Ge 层。在−21 V时，暗电流测量值约为38.6 μA，表明该器件的击穿电压大于−21 V。APD在−10 V时单位增益响应度0.5 A/W。在−15 V时，它们的响应度分别达到2.98和2.91 A/W，输入功率分别为−10和−25 dBm。该器件的 3 dB 带宽为 15 GHz，输入功率为 −15 dBm，增益为 11.68。实验结果表明，在高偏置电压下，阻抗达到峰值，这归因于电感和电容（LC）电路谐振，增强了频率响应。此外，输入功率−21 V和−9 dBm时的20 Gbps眼图显示信噪比（SNR）为5.30。这种横向SACM APD与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容，表明在低光功率下利用峰值效应可以增加带宽，对未来增加雪崩光电探测器的带宽，提高数据传输能力起到重大作用。

该文章以题为“A peak enhancement of frequency response of waveguide integrated silicon-based germanium avalanche photodetector”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 波导耦合侧向 SACM Ge-on-Si APD 的主要步骤。（a）在顶部220 nm硅层上蚀刻波导和光栅;（b） 离子注入的五个步骤;（c） 打开Ge窗口;（d）Ge层的生长和CMP研磨;（e）M1完成;（f）M2精加工和退火。

图2. 偏置电压范围为18至21 V的频率响应：（a）光功率为−10 dBm;（b）光功率−15 dBm;（c）光功率为−20 dBm。（d）在偏置电压变化为10至21 V的偏置电压下，从小信号测量值测得的3 dB带宽。

文章信息：

A peak enhancement of frequency response of waveguide integrated silicon-based germanium avalanche photodetector

Linkai Yi, Daoqun Liu, Wenzheng Cheng, Daimo Li, Guoqi Zhou, Peng Zhang, Bo Tang, Bin Li, Wenwu Wang, Yan Yang, Zhihua Li

J. Semicond.  2024, 45(7): 072401  doi: 10.1088/1674-4926/24020006

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7 采用高阻TaN栅介质层以抑制GaN MIS-HEMT器件的栅极漏电与电流崩塌效应

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistors, HEMT），由于其异质结处具有高浓度以及高电子迁移率的二维电子气 (Two-dimensional Electron Gas, 2DEG) ，展现了其在高效率和高功率密度应用方面的巨大潜力，有望推动电力转换向更高效和更可靠的方向发展。然而，在实际的器件工作应用中仍面临界面态和电流崩塌等不稳定问题，因此针对金属-绝缘体-半导体（MIS）结构形成的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件的钝化技术的研究成为提高器件可靠性的研究重点。近年来，氮化钽（Tantalum Nitride, TaN_x）薄膜材料，凭借其高硬度、高熔点、出色的耐磨性、强大的热稳定性、可调节的电阻范围，以及其卓越的自钝化抗腐蚀能力等显著优势，在微电子领域发挥着越来越重要的作用。无论是在微波混合集成电路、硅基集成电路，还是在传感器、微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems, MEMS）以及其他高性能电子器件的开发与应用中，TaN_x薄膜均展示了其广泛的应用潜力，成为推动这些高科技领域进步的关键材料。因此，借助TaN_x薄膜电阻的可调控特性，开发出的高阻TaN_x薄膜有望作为AlGaN/GaN MIS-HEMT器件中的新型栅介质层及钝化层。

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张宝顺教授课题组使用磁控溅射设备制备出高阻TaN薄膜，应用于GaN MIS-HEMT器件的栅介质层，并制备出高性能器件。该器件关态漏电仅为2.15×10⁻⁷ mA/mm，而栅击穿场强达到了11.5 MV/cm。相较于传统采用Al₂O₃作为栅介质层的MIS-HEMT器件来说，击穿电压为1180 V，提高了约93.5%。同时高阻TaN_x钝化层还展示了对电流崩塌效应的抑制能力，在400 V的关态应力下，电流崩塌系数仅为1.39倍，减少了约41.1%。

通过磁控溅射技术制备的高阻TaN_x薄膜在AlGaN/GaN MIS-HEMT器件中具有极其广阔的应用潜力。该技术在提高器件界面质量以及减少表面态陷阱导致的电流崩塌效应方面展现出显著成效，从而增强了器件的可靠性。这些发现为未来TaN_x薄膜材料应用于电力电子领域提供了一定的理论基础，预示着在高性能电力电子器件领域迈向新的里程碑。

该文章以题为“Current-collapse suppression and leakage-current decrease in AlGaN/GaN HEMT by sputter-TaN gate-dielectric-layer”发表在Journal of Semiconductors上。

图1.  (a) 不同栅极介质层的AlGaN/GaN HEMT器件结构示意图。器件的对数坐标下转移曲线 (b) TaN栅介质层样品，(c) Al₂O₃栅介质层样品。(d) 与其他报告中栅极漏电流结果的对比。

文章信息：

Current-collapse suppression and leakage-current decrease in AlGaN/GaN HEMT by sputter-TaN gate-dielectric layer

Bosen Liu, Guohao Yu, Huimin Jia, Jingyuan Zhu, Jiaan Zhou, Yu Li, Bingliang Zhang, Zhongkai Du, Bohan Guo, Lu Wang, Qizhi Huang, Leifeng Jiang, Zhongming Zeng, Zhipeng Wei, Baoshun Zhang

J. Semicond.  2024, 45(7): 072501  doi: 10.1088/1674-4926/24010025

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8 电子辐照和退火诱导n型4H-SiC中的缺陷演化

碳化硅（4H-SiC）作为宽禁带半导体材料的代表，具有带隙宽、击穿场强高、饱和电子漂移速率高、热导率高等优异性能。随着其大尺寸单晶生长技术的发展，4H-SiC成为了制备功率器件的一种至关重要的半导体材料。4H-SiC的物理化学性质稳定，具有比硅更高的原子位移能和更强的抗辐射性能，在航空航天、核工业等需耐辐射的领域极具应用前景。高能粒子辐照入射碳化硅时，产生的复杂辐射作用会影响4H-SiC材料及器件的性能。深入研究该影响对发展耐辐射4H-SiC功率器件具有重要意义。

近日，浙江大学杨德仁院士团队的皮孝东教授和宋立辉研究员等人采用多种表征技术，系统研究了不同剂量的电子辐照对n型4H-SiC材料及肖特基结功率器件的影响。拉曼光谱测试结果表明，4H-SiC晶体结构基本上不受10 MeV电子辐射的剂量（高达3000 kGy）的影响。但光致发光（PL）和深能级瞬态光谱（DLTS）的表征结果表明电子辐照诱导碳化硅中各种缺陷的产生。辐照后4H-SiC的PL光谱具有以500 nm为中心的显著宽带峰，并伴有660~808 nm范围内的几个较弱的发光缺陷峰。这些PL峰的强度与辐照剂量呈现线性相关，表明辐照过程中缺陷浓度随辐照剂量成比例增加。DLTS揭示了几种热稳定和非热稳定的缺陷，低剂量辐照诱导的缺陷种类是一致的。有趣的是，在经过1000 kGy的高剂量辐照并在800 K退火后，4H-SiC中出现了一个新的稳定缺陷R₂，其能级位于E_C−0.51 eV。另外，发现高剂量电子辐照可使具有低载流子浓度的4H-SiC外延层转变为半绝缘层，但退火能消除非热稳定的缺陷从而使其电阻率显著降低。

上述4H-SiC中电子辐照和退火诱导的缺陷演化研究对在辐照环境中工作的4H-SiC器件的失效分析及辐射防护提供了理论参考价值，有望促进4H-SiC在航空航天、核工业等领域的应用。

该文章以“Defects evolution in n-type 4H-SiC induced by electron irradiation and annealing”为题发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 辐照剂量分别为（a）50 kGy和（b）500 kGy，在退火温度包括480（棕色）和800 K（黄色）退火后的n型4H-SiC的DLTS图谱。以及辐照剂量分别为（c）1000 kGy和（d）2500 kGy并进行800 K退火前后4H-SiC的DLTS图谱。

图2. 电场和温度对SiC-SBD器件能带图的影响：室温下高剂量辐照的4H-SiC在（a）0 V偏置、（b）−5 V偏置和（c）高温下−5 V偏置下的能带结构。（d）室温下测得的800 K退火后4H-SiC在−5 V偏置下的能带结构（x轴为离表面的深度方向，x_d为耗尽区宽度）。

文章信息：

Defects evolution in n-type 4H-SiC induced by electron irradiation and annealing

Huifan Xiong, Xuesong Lu, Xu Gao, Yuchao Yan, Shuai Liu, Lihui Song, Deren Yang, Xiaodong Pi

J. Semicond.  2024, 45(7): 072502  doi: 10.1088/1674-4926/23090024

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9 本征二维半导体忆阻效应的激光诱导

忆阻器作为一种非易失性存储器件，因其在存储、内存计算、突触应用等方面的优势而备受关注。近年来，人们发现具有适度缺陷的二维（2D）材料具有忆阻特性。然而，要在本征二维材料中调制出可控的缺陷是非常困难的，因此对调制方法和机制的研究变得迫切和必要。由于激光直写（LDW）可以在材料中灵活实现多种调制方式，包括图案化调制、梯度调制和均匀调制等，因此利用 LDW 在二维材料中调制掺杂缺陷是一种很有前景的策略。

近日，国家纳米科学中心刘前课题组利用激光对少层无缺陷 MoS₂进行调制，在本无忆阻效应的双端 MoS₂ 器件中，实现了双极开关和可配置开/关比等忆阻特性，其在高阻态和低阻态的保持时间均可达到 2×10⁴ s。结合实验结果和动态蒙特卡洛模拟，激光掺杂诱导氧空位生成导电丝的现象得到了澄清和证实。通过利用第一性原理计算探讨缺陷和氧原子分布对忆阻器能带结构的影响，进一步阐明了氧掺杂水平与电性能之间的关系。此外，课题组还研究了激光对其他二维材料的调制，验证了激光对二维材料的掺杂存在相同的机制和普适性。

该工作展示了激光诱导掺杂在调制二维材料忆阻特性方面的能力，为优化和调制此类器件提供了开创性的思路，为调制掺杂不同过渡金属硫化物材料提供了一种通用而有效的方法，在各种应用中展现出巨大的潜力。该文章以题为“Memristive feature and mechanism induced by laser-doping in defect-free 2D semiconductor materials”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. (a) 原始 MoS₂ 器件示意图。(b) 激光扫描一半区域 MoS₂ 忆阻器件示意图。(c) HRS 和 LRS 保留时间测试结果。(d) 原始 MoS₂ 器件的电性能测试。(e) 激光扫描一半区域 MoS₂ 忆阻器件的电性能测试。(f) SET 过程的实验数据与模拟结果对比。

图2. 灰度扫描后样品的光学显微镜成像（a）MoS₂、（b）HfS₂、（c）WS₂ 以及相应的样品PL光谱（d）MoS₂、（e）HfS₂、（f）WS₂。

文章信息：

Memristive feature and mechanism induced by laser-doping in defect-free 2D semiconductor materials

Xiaoshan Du, Shu Wang, Qiaoxuan Zhang, Shengyao Chen, Fengyou Yang, Zhenzhou Liu, Zhengwei Fan, Lijun Ma, Lei Wang, Lena Du, Zhongchang Wang, Cong Wang, Bing Chen, Qian Liu

J. Semicond.  2024, 45(7): 072701  doi: 10.1088/1674-4926/24010036

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