二维（2D）范德瓦尔斯（vdW）多层膜中的已有层间电阻会显著影响沿材料厚度方向的载流子密度分布，并引起多层膜内导电通道的空间变化和分离，以及与厚度相关的载流子迁移率。然而，在不同的静电偏置条件下，层间电阻对载流子密度分布及其沿厚度方向变化的影响尚不明确。在这里，我们通过考虑不同的接触电极结构： (i)底部接触，（ii）顶部接触，和（iii）垂直双重接触（VDC），揭示了WSe2多层膜中存在的负差分层间电阻（NDIR）。跨导的接触结构形状变化清楚地表现出了载流子密度的再分布，并表明了导电通道沿厚度方向迁移的方向。此外，在二维WSe2多层膜中，电可调谐NDIR的独特特征是通过用VDC四探针测量来确定顶部和底部通道电阻之间的观测差异。我们的研究结果提供了一个优化的器件布局，并进一步了解了二维材料多层结构中不同的载流子传输机制。
拉曼在改善二维材料WSe2器件光电性能中的应用
引言：自打使用透明胶带机械剥离出（2D）单层石墨烯，各种二维材料材料陆续进入研究人员的视野，其表现出层间激子凝聚，超导，量子干涉，和量子相变等独特性能，显示二维材料在高性能光电和量子计算中应用的重要可行性。这独特性能主要归因于它们的厚度相关的可调谐带隙、超高载流子迁移率和强烈的光物质相互作用。此外，二维vdW异质结构为研究拓扑结构、超晶格、和层间库仑相互作用的影响提供了新的途径。然而，与简单的单层相比，二维vdW多层在相邻层之间具有vdW间隙，扰乱了层间电荷效率，从而导致这些多层在平面内和平面外载流子输运的各向异性。
在存在静电偏置相关的层间电阻的情况下，以往的研究通过考虑Thomas-费米电荷屏蔽长度和厚度相关的载流子迁移率，进而描述了二维多层膜的复杂载流子输运。例如，在一个传统的背栅结构，由于层间电阻和层依赖的平面内载流子迁移率之间的相互作用，层间电导率z高的层从底表面向顶表面移动。这就引发了载流子沿着厚度的空间再分布。此外，zui近通过比较获得的关于底部接触和顶部接触的漏电流，已被证明是评估二维vdW多层内导电通道的空间改变和分离的shou选方式。然而，这种独特的运输特性会被化学残留物、表面吸附物如氧和水分子间的接触阻力所掩盖。这会阻碍进一步对二维vdW多层膜的载流子输运行为的了解，特别是对于通道垂直方向的变化静电漏和栅偏置条件下的位置。而这还会阻碍使用二维多层膜来实现佳的设备性能。
在这项工作中，我们报道了二维二硒化钨（WSe2）多层膜中的静电可调负微分层间电阻（NDIR）。跨导的形状改变清楚地揭示了不同漏极和栅偏置条件下载流子密度沿厚度再分布的方向，不同的接触电极结构验证接触金属WSe2界面质量：(i)底部接触（BC），（ii）顶部接触（TC）和（iii）垂直双面接触（VDC）。此外，我们用四探针检测，过程中观察到的WSe2多层膜的顶部和底部通道电阻之间的电可调谐层间电阻偏差可以用VDC测量了通道迁移方向的调制，从而揭示了二维vdW多层膜中NDIR的起源。
图1：二维WSe2多层膜的器件结构。(a)所制作的WSe2晶体管的代表性光学图像（比例尺： 5 μm）。插图显示了经AFM确认的WSe2的厚度轮廓（见红线）。在λEX = 532 nm和P = 0.5 mW处测量的WSe2多层膜的(b)拉曼光谱。（c-e）底部触点(BC、左侧面板）、顶部触点(TC、中间面板）和垂直双面触点(VDC、右侧面板）的说明。
图1a显示了夹在多个排列的顶部和底部电极之间的WSe2多层膜的代表性光学图像。本研究使用选择性电子束光刻技术，制备出在90 nm的SiO2/p+-Si衬底上的底部电极(L1/L2/L3 = 0.5/1/2 μm，30 nm厚的Au)。通过光学显微镜和原子力显微镜（AFM）确定的适当选择的显微机械剥离的WSe2多层膜，干转移到底部电极上。 然后利用电子束光刻，制作垂直排列的顶部接触电极（115 nm厚Au）。制造器件的各种通道几何信息精确地由原子力显微镜，如通道厚度（tWSe2≈15 nm，对应于大约18-19层）、长度（L1/L2/L3=0.5/1/2 μm）和宽度（W=6.5μm）。 然后利用532 nm的激光激发波长（λEX），激光功率(P)为0.5 mW)AUT-Nanobase-XperRamC共聚焦显微拉曼光谱仪系统，获得了15 nm厚的WSe2的拉曼光谱（图1 b）。观察到的E12g（≈249.0 cm-1）、A1g（≈6445px-1）和B12g（≈7717.5px-1）的优势拉曼峰与之前研究报道的一致。图1c分别描述了BC、TC和VDC所考虑的器件结构。
之后通过，原子力显微镜、四探针法等多种检测手段测试结果表明，从底表面到顶表面的垂直通道迁移。在静电栅极和漏极偏置条件下，观察到的NDIR与沿c轴的载流子密度分布密切相关。跨导的接触结构相关的形状变化和载流子密度的再分布清楚地表明了导电通道迁移的方向。这些观察结果有助于理解二维范德瓦尔斯多层结构中的载流子输运机制，并可以帮助优化器件布局以提高性能。
文章信息：该成果以“Negative Differential Interlayer Resistance in WSe2 Multilayers via Conducting Channel Migration with Vertical Double-Side Contacts”为题发表在知名期刊 Applied Materials&interfaces 上。
本研究采用的是AUT-Nanobase-XperRam C共聚焦显微拉曼光谱仪系统
了解更多拉曼光谱仪详情，请访问上海昊量光电的官方网页：
https://www.auniontech.com/three-level-166.html
更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电
关于昊量光电：
上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。
您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。
展示全部 
