为了形成范德华异质结构（vdWHs），垂直集成了二维层状材料，在这篇文章中通过低真空光电流测试技术研究垂直场效应晶体管
（VFET）的范德华异质结在不同漏极偏压，栅极偏压和金属功函数下的迁移率，WSe2中的陷阱是主要散射来源，它影响了垂直迁移
率和三种不同的传输机制：欧姆传输、陷阱受限传输和空间电荷受限传输。
为了形成范德华异质结构（vdWHs），垂直集成了二维层状材料，在这篇文章中首先研究和设计了垂直场效应晶体管（VFET）的范德
华异质结在不同漏极偏压，栅极偏压和金属功函数下的迁移率，WSe2中的陷阱是主要散射来源，它影响了垂直迁移率和三种不同的传
输机制：欧姆传输、陷阱受限传输和空间电荷受限传输。
通过提高WSe2的费米能级来抑制陷阱态，可以提高VFET的垂直迁移率，这可以通过施加高的漏极电压来增加注入的载流子密度，或
者可以通过分别施加栅极电压和降低金属功函数来减小石墨烯/WSe2、金属/WSe2异质结的肖特基势垒来实现。
图1
图1 石墨烯/WSe2/金属垂直场效应晶体管VFET结构 a)VFET源极、沟道、漏极示意图b) 具有明亮对比度（右面）和黑暗对比度（左
面）的截面明场STEM图像 c) 石墨烯/ WSe2 /金属VFET中的陷阱源示意图 d) 器件的光学图像，显示底部石墨烯层（虚线），顶部金
属电极（虚线）以及中间WSe2层 e)石墨烯拉曼成像（1585cm-1）f)WSe2拉曼成像（250cm-1）。
电荷载流子的迁移率是由WSe2中陷阱的散射决定的，这是由层间间隙中的Se和W空位或离子化杂质引起的（图1c）。
图1d显示了一个典型的石墨烯/ WSe2 /金属异质结构器件的光学图像，该器件具有位于WSe2薄片下方的12 µm宽的石墨烯（虚线）。
图1e，f显示了石墨烯的G峰强度（图1e中为1585 cm-1）和WSe2的E12g + A1g峰（图1f中为250 cm-1）的拉曼成像图，这清楚地辨别
了石墨烯、WSe2和金属电极的堆叠区域。石墨烯和WSe2的拉曼峰都出现在重叠区域（图S3，支持信息）。
图2
图2 栅极偏压下石墨烯/WSe2/金属VFET中的陷阱填充限制载流子传导和迁移率工程a)石墨烯/WSe2/金属VFET随着温度变化的转移曲
线。插图为正栅极偏压（实线）和负栅极偏压（虚线）下石墨烯/WSe2/金属VFET的能带示意图。b)各种栅极电压下JSD-VSD的特性
曲线。c)Ⅱ区栅极电压下石墨烯/WSe2/金属VFET中的陷阱密度和迁移率。d)从ln(J(V)/V2)-1/V曲线中计算的栅极电压下的肖特基势
垒。e,f)在VGS=-50V和50V时石墨烯/WSe2/金属VFET的能带示意图。
石墨烯/WSe2界面处的肖特基势垒可以调制电流（图3a的插图）。
正的栅极电压可有效降低石墨烯/WSe2肖特基势垒高度，从而促进电子的欧姆传输。相反，负栅极电压增加了肖特基势垒的高度，从
而通过热电子发射抑制了肖特基势垒上的电子传输。
开关比随着温度的降低从315K的10增加到160K的103（图3a），这归因于在off状态下肖特基势垒上热电子发射的减少。
图3
图3 不同金属功函数的石墨烯/WSe2/金属VFET的陷阱填充限制载流子传导和迁移率工程a)Au,Al,Mn金属电极的石墨烯/WSe2/金属
VFET的JSD-VSD特性曲线。插图展示了在单层WSe2薄片上的三种不同金属电极的VFET。b)Au,Al,Mn金属电极的VFET的ln(J(V)/V2)
曲线和计算的肖特基势垒。c)Au,Al,Mn金属电极的VFET的能带示意图和陷阱态。d-f) 对于Au（d），Al（e）和Mn（f）金属电极，使
用VSD和VGS以J=Vm中的指数m的曲线。g,h)Au,Al,Mn金属电极的VFET中的（g）陷阱密度（h）迁移率通过在单个WSe2薄片（图4a
的插图）上演示三种不同的金属电极（Au，Al和Mn）来控制金属/ WSe2界面处的肖特基势垒高度。
在J-V特性曲线中（图4a），Mn电极显示整个VSD的电流最高，而Au电极中的电流最低，这归因于不同功函数金属与WSe2之间的肖
特基势垒的高度不同。
通过施加栅极电压可以进一步提高迁移率，如图3所示。Mn，Al和Au构成的异质结 随不同栅压（图S9，支撑文献）的J-Vm曲线的指数
m 分别被画在图4d-f。在所有器件中，VGS的增加，使VTFL移至更低的VSD，从而导致无陷阱SCLC区域的扩大和陷阱填充受限区域
的变窄。在较低的肖特基势垒器件中，VTFL更低，这归因于较低的陷阱密度。 图4g，h显示了在各种栅极电压下，Mn / WSe2 /石墨
烯，Al / WSe2 /石墨烯和Au / WSe2 /石墨烯器件的陷阱密度和迁移率。总体而言，Mn vdWH的陷阱密度大约是Au vdWH的四倍，在
VGS = 50 V时最小陷阱密度为5×1017cm-3。Mn vdWH中的低陷阱密度将迁移率提高到5.4× 10-5 cm2V-1 s-1，约为Au vdWH初始迁
移率的76倍。
实验部分
表征：石墨烯/WSe2/金属VFET的电学特性是在低真空条件下使用探针台通过源表（Keithley 4200）测量的， 使用Nanobase
XperRam 200拉曼成像系统测量拉曼光谱。
注：本文章翻译自：Mobility Engineering in Vertical Field Effect Transistors Based on Van der WaalsHeterostructures
期刊：Advanced Materials
作者：Shin, Yong Seon;Lee, Kiyoung;Kim, Young Rae;Lee, Hyangsook;Lee, I. Min;Kang, Won Tae;Lee, Boo Heung;Kim, Kunnyun;Heo, Jinseong;Park, Seongjun;Lee, Young Hee;Yu, Woo Jong
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