陈惠鹏课题组在《Nature Communications》发表垂直场效应晶体管研究成果

近日，福州大学物理与信息工程学院郭太良团队陈惠鹏课题组的研究论文“MXene based Saturation Organic Vertical Photoelectric Transistors with Low Subthreshold Swing”在Nature Communications上在线发表。该论文以福州大学为第一完成单位，第一作者为物信学院博士生李恩龙，陈惠鹏教授为论文的通讯作者。

随着制造成本的增加和短沟道效应等器件物理的限制，在平面型场效应晶体管中适用多年的摩尔定律逐渐达到了瓶颈。得益于固有的超短沟道长度，垂直有机场效应晶体管具有高工作频率、低工作电压、大电流密度等优势在下一代电子器件中引起了极大的关注。然而，受到源电极的电场屏蔽和寄生电容的影响，实现具有优异栅极调控能力和饱和输出特性的垂直场效应晶体管仍是一个巨大挑战。

该工作系统地研究了垂直有机场效应晶体管中载流子的注入模型，采用超薄MXene作为源电极，制备了具有超低亚阈值摆幅并且实现饱和输出特性的垂直场效应晶体管。研究发现，超薄的多孔MXene薄膜同时具有单层石墨烯和多孔金属电极的肖特基势垒调制机制，进一步提升了器件的栅极调控能力，实现了73 mv/dec的亚阈值摆幅，接近室温下的理想值。同时，MXene的部分氧化形成的钝化层消除了源极和漏极之间的泄漏电流，解决了垂直场效应晶体管中常见的输出电流不饱和的问题。此外，该器件在无需额外功能层的情况下，可以实现宽光谱快速响应的光探测功能。该工作为高性能垂直场效应晶体管的研制提供了现实可行的方法，为突破摩尔定律的瓶颈提供了新的可能。

原文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-022-30527-w