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研究生:林哲儀
研究生(外文):Che-Yi Lin
論文名稱:探索二硫化錫超薄膜本徵載子特性
論文名稱(外文):Explore intrinsically electrical characteristics of atomically thin SnS2 flake
指導教授:藍明德
口試委員:李文新林彥甫
口試日期:2015-07-07
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:物理學系所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:52
中文關鍵詞:二硫化錫場效應電晶體低頻雜訊
外文關鍵詞:SnS2MOSFETlow frequency noise
相關次數:
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本研究將探討二硫化錫薄膜n型場效應電晶體的本徵電學特性,利用機械剝離法的方式獲得約為4層(2.3 nm)的二硫化錫薄膜,並透過光學顯微鏡的影像分析及原子力顯微鏡搭配使用,得知二硫化錫薄膜厚度與光學顯微鏡影像在紅、綠、藍三種頻道色階之間的關係,這樣的關係可以使我們快速得知薄膜樣品的厚度。另一方面,我們利用電子束微影技術與熱蒸鍍技術成功製作出具有四點電極的奈米元件,其元件通道長度 L=1.0 μm 及寬度 W=3.1 μm,通過基本電性量測,測得元件在室溫下的電阻值為 129.6 kΩ ,接點電阻大小約為 5 kΩ ,開關比高達 10^5 、載子遷移率約為 3.2 cm^2 V^(-1) s^(-1)。透過 80 K - 360 K 的變溫量測,我們發現當溫度越低時電阻值越大,並且其關係遵守阿瑞尼斯方程式;電性數據在兩線與四線的量測比較中,我們證明所製作的元件接點電阻可以忽略不考慮。利用兩線元件結構接露本徵低頻雜訊,我們發現二硫化錫在特定情況下會產生隨機電報訊號(Random Telegraph Signals),這樣的特性可以預期成為一種偵測器或樣品鑑定的指標。本研究是全世界第一個針對該奈米系統所進行的深入本徵電學研究,預期將為二維片狀電子元件的開發帶來新的衝擊。
Here, fakes made of a few layers of SnS2 were obtained by mechanical exfoliation of a semiconducting SnS2 bulk crystal grown by chemical vapor transport and then deposited on a heavily doped Si substrate covered with a 285-nm-thick SiO2 layer. The number of layers was quickly determined by examining the difference in the contrast of the color images and the grayscale images. To study the electrical properties of SnS2 flakes, field-effect transistors (FETs) were fabricated using standard e-beam lithography and thermal evaporation. Atomically thin SnS2 FETs displayed a clear n-type demeanor in charge transport with a current modulation of up to 105 and mobility of ~3.2 cm2V-1s-1. Through careful analysis of temperature dependent resistance between two- and four-terminal FETs, we found the contact resistance extracted was small than ~5 % of total FET resistance, implying the contact resistance can be eliminated in our device fabrication process. Besides, low-frequency noise of intrinsic SnS2 flakes can be uncovered. Our result not only gives atomic insights into the electrical properties of SnS2 FETs for the first time, but also bring a big impact to the development of 2D optoelectronics.
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
第一章 緒論 1
參考文獻 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 二硫化錫結構與特性 3
2.2 利用光學顯微鏡判定層數 4
2.3 二硫化錫電晶體的基本電性研究 6
2.4 二維材料接點電阻問題 11
2.5 研究動機 12
參考文獻 13
第三章 原理 15
3.1 場效應電晶體(Field-effect transistors) 15
3.2 四點探針量測法(four-point probe method) 21
3.3 低頻雜訊(Low Frequency Noise) 25
(一) 熱雜訊(Thermal noise) 26
(二) 閃爍雜訊(Flicker noise) 26
(三) 隨機電報雜訊(Random-Telegraph-Signal noise) 27
參考文獻 29
第四章 實驗 30
4.1 元件製備 30
4.2 實驗設備 34
第五章 結果與討論 38
5.1 層狀二硫化錫外觀與層數判定 38
(一) 機械剝離法 38
(二) 層狀二硫化錫元件之觀察 40
(三) 層狀二硫化錫層數判定 41
5.2 層狀二硫化錫元件基本電學特性 43
(一) 兩線量測與四線量測之比較 44
(二) 接點電阻分析 46
5.3 層狀二硫化錫元件低頻雜訊探討 49
參考文獻 51
第六章 結論 52
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