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Enregistrement W2339683225 · doi:10.1149/ma2016-01/11/749

(Invited) 2D Transport and Velocity Modulation in Black Phosphorus Field Effect Transistors

2016· article· en· W2339683225 sur OpenAlexaff
Thomas Szkopek, G. Gervais, N. Hemsworth, V. Tayari

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2016
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
Thématique2D Materials and Applications
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésAmbipolar diffusionMaterials scienceGrapheneSemiconductorField-effect transistorOptoelectronicsAtomic layer depositionElectron mobilityTransistorAnalytical Chemistry (journal)NanotechnologyCondensed matter physicsLayer (electronics)ChemistryElectronVoltage

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Black phosphorus (bP) is an elemental allotrope with a layered crystal structure of puckered honeycombs that can be mechanically exfoliated down to atomic layer thickness. First synthesized over a century ago, bP has been previously studied as a bulk semiconductor [1,2] and is subject to a resurgence of interest as a 2D semiconductor with properties complementary to the 2D semi-metal graphene [3]. bP is the most thermodynamically stable allotrope of phosphorus but is nonetheless subject to photo-oxidation in the presence of water, oxygen and visible light with a reaction rate that increases as bP layer thickness decreases [4]. We have fabricated bP quantum wells in both back-gated and dual-gated field effect transistor (FET) geometries with bP thicknesses ranging from 6±1 nm to 47±1 nm. Stability under ambient conditions was achieved in back-gated FETs by encapsulation with a layer of poly methyl methacrylate (PMMA), while dual-gated FETs were additionaly protected by a combination of Al2O3 deposited by atomic layer deposition and optically opaque gold metallization. Charge transport measurements reveal ambipolar conduction, field effect mobilities of up to 900 cm2/Vs for holes at low temperatures ( T< 100 K ), current saturation as expected of a bona fide semiconductor, and on/off current ratios exceeding 105 at room temperature [5]. Shubnikov-de Haas (SdH) oscillations were observed in bP FETs at 300 mK to 30 K and magnetic fields of up to 35 T. Lifshitz-Kosevich analysis of the SdH oscillations indicates the presence of a 2-D hole gas with Schrödinger fermion character in an accumulation layer at the bP surface. A simple Schrödinger-Poisson analysis predicts accumulation of holes in a single 2-D sub-band at 300 mK over the range of applied electric fields used in our experiments. Analysis of the thermal activation of SdH oscillations yields a hole effective mass of m*=0.36±0.03m0. Improvements to bP device quality by the independent Y. Zhang group has led to the observation of the quantum Hall effect [6]. The top gate of dual-gate bP FETs was found to be effective at modulating both carrier mobility and contact resistance [7]. The mobility modulation effect enables operation of the dual-gate bP FET as a velocity modulated transistor (VMT), first proposed by Sakaki [8] to overcome the limitation on transistor switching frequency imposed by the channel transit time of charge carriers. The mobility of charge carriers within an assymetric bP FET structure is dependent upon the charge carrier density distribution, and is thereby dependent upon the externally applied electric field of the top gate. A two-fold mobility modulation and a two-fold contact resistance modulation leads to a four-fold modulation of transconductance at a fixed hole density. The observation of mobility modulation effects in dual-gate bP FETs demonstrates the capacity for bP to function as a room temperature VMT. Charge density distribution plays an important role in the charge transport properties of 2D atomic crystals, where the exposed surfaces of naked quantum well structures can lead to a strong spatial dependence of charge carrier scattering rates. The recent observation in angle resolved photo-emission spectroscopy of bandgap tuning and a semiconductor to semi-metal transition in K-doped bP via a giant Stark effect [9] suggests the possibility of electric field tuning of bP bandgap in bP FETs. Further work is required to improve the quality of bP/dielectric interfaces and to increase the applied electric field strength to access electric field tunable bandgap devices with bP. References: [1] R. W. Keyes, Phys. Rev. 92, 580-584 (1953). [2] A. Morita, Appl. Phys. A 39, 227-242 (1986). [3] A. Castellanos-Gomez, J. Phys. Chem. Lett. 6, 4280-4291 (2015). [4] A. Favron, et al., Nat. Mater. 14, 826 (2015). [5] V. Tayari, et al., Nat. Commun. 6, 7702 (2015). [6] L. Li et al., arXiv:1504.07155 (2015). [7] V. Tayari, et al., arXiv:1512.00038 (2015). [8] H. Sakaki, Jap. J. Appl. Phys. 21, L381-L383 (1982). [9] J. Kim et al., Science 349, 723-726 (2015).

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,001
Score d'incertitude au seuil0,004

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,010
Tête enseignante GPT0,232
Écart entre enseignants0,222 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations4
Publié2016
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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