当前位置: 首页 > news >正文

【2023集创赛】加速科技杯作品:高光响应的二硫化铼光电探测器

本文为2023年第七届全国大学生集成电路创新创业大赛(“集创赛”)加速科技杯西北赛区二等奖作品分享,参加极术社区的【有奖征集】分享你的2023集创赛作品,秀出作品风采,分享2023集创赛作品扩大影响力,更有丰富电子礼品等你来领!

团队介绍

参赛单位:西北工业大学
队伍名称:噜啦噜啦咧
指导老师:李伟
参赛队员:程琳,韩笑,尹天乐
奖项:加速科技杯西北赛区二等奖

项目内容

1 研究背景

二维材料因为具有原子级厚度的单层结构、特殊电学性质、对电、光等调控手段的敏感性,在纳米电子器件等方面具有非常广泛的应用前景。随着社会对光电探测器提出了更高的要求:获取高性能、大规格、小尺寸、轻重量、低功耗、低成本的光电探测器。再结合二维材料的良好优点,它再次成为科学家们关注的焦点,为之后的探测器发展提供了更多的可能性。

过渡金属二硫化物(TMDCs)作为二维材料家族中的一员,由于其可调的能带结构、纯异质结界面和宽光谱范围内的光检测,在低功耗集成电路、光电、非易失性存储器器件等领域都具有很大的潜力。

2 原理分析与具体架构

有一种新的 TMDCs 称为二硫化铼(ReS2),它在空气中非常稳定,具有弱的层间耦合以及独特的畸变 1T 结构。ReS2 具有优良的光响应性,所以我们选它作为通道材料。

具有 HfO2 栅极电介质的双层 ReS2 场效应晶体管(FET)可获得高达~107的高导通/关断电流比、116 mV/dec 的小亚阈值摆幅和 6.02cm2·V−1 ·s−1 的电子迁移率,它们可应用于 pH 传感。为了增强 ReS2 FET 的迁移率,我们选择将六方氮化硼(h-BN)插入到顶部/底部双栅极电介质中,抑制 BN/ReS2 处异质结界面陷阱,改善了沟道界面,增强电学特性,获得更高的迁移率。

ReS2 在空气中的高稳定性、较弱的层间耦合以及独立层带隙使其成为一种新型的二维 TMDCs,在逻辑晶体管、光电探测器、存储器件等方面具有巨大的应用潜力。超高的光响应性是其相对于其他二维 TMDCs 的独特优势。但较低的电子迁移率和电流通/关比以及较高的接触电阻严重影响器件性能。我们使用变温测量方法提取了 ReS2 器件的接触电阻和肖特基势垒高度。较高的接触电阻和不对称的输出电流说明了镜面力是导致肖特基势垒高度降低的主要因素。

大多数二维 TMDCs 的带隙在很大程度上取决于厚度。例如,MoS2 的带隙随着层的增加而减小,并从直接带隙变为间接带隙。我们通过研究不同厚度的 ReS2 的器件迁移率和光相应率的变化,探究厚度对 ReS2 性能的影响。

3 实验内容

2.1 研究思路

在这里插入图片描述

2.2 设计参数

设计新型二硫化铼场效应管。
外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传
制作两大组共 8 个器件,4 个 ReS2/BN FET,分别为 RB1、RB2、RB3、RB4;4 个 ReS2 FET,分别为 R1、R2、R3、R4。同组器件差异在于 ReS2 厚度不同,用于探究厚度对 ReS2 器件的影响。

其中,RB1 和 R1 用于研究插入 BN 和不插入 BN 的 ReS2 器件其光响应率和探测灵敏度。R2 主要用于提取了 ReS2 器件的接触电阻和肖特基势垒高度,探究肖特基势垒变化原因。

2.3 技术路线

在这里插入图片描述

3 测试结果

3.1 电学特性测试

使用 Keysight B2912A 精密型电源在该器件外加电压,在黑暗条件下对两种器件进行测试。
在这里插入图片描述

图 4 与图 5 分别是 RB1 与 R1 在黑暗条件下测试所得到的传递曲线,我们可以很清晰地从电流突变对应的电压范围看到 R1 的漏极电流的迟滞效应要比 RB1大得多。我们可以分析得知,引起漏极电流出现迟滞效应的主要原因是界面出现了陷阱与缺陷。对于 R1 而言,当栅极电压从正向电压幅值扫描到反向幅值时,SiO2 栅极电介质与 ReS2 沟道之间的界面陷阱与缺陷会捕获载流子或者影响载流子扩散速率,致使出现迟滞效应。但是,对于 RB1 而言,超薄 BN 的引入使得界面陷阱与缺陷收到一定程度的抑制,迟滞效应得以减缓,且对通道的控制作用不会收到严重影响,可以说 BN 界面提高了该器件的性能。

观察 RB1 和 R1 在黑暗条件下的输出曲线,发现输出电流随漏极电压近似线性增加,可以借助Y函数计算接触电阻。

3.2 光电特性测试

在这里插入图片描述

电流随着光的功率密度的增加而增加,这说明了光生电流主要来源为光栅压效应与光电导效应。

在这里插入图片描述

在0.47μW/cm2的最低光功率密度下,RB1的最大光响应达1.24×106,远远超过了其他基于 TMDCs 的类似光电晶体管。

在这里插入图片描述

图中上下的栅压分别对应耗尽与累积状态,但无论处于什么状态,均实现了较好的光开关功能。
外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传
光脉冲宽度为150ms RB1 的光响应上升时间和光相应下降时间分别为18和34ms,远小于日常所见的 TMDCs 光电晶体管。

3.3 低温测试

在这里插入图片描述

不同温度下 R2 的输送特征。从 300 到 100 K,随着温度的降低,通态电流减小,这也解释了 ReS2 作为晶体管的沟道具有更好的半导体特性。

在这里插入图片描述

计算了不同栅压下的接触随不同温度的变化。无论栅极电压如何变化,接触电阻都会随着温度的升高而降低。

在这里插入图片描述

绘制阿伦尼乌斯图,从图中获取肖特基势垒高度高度。在漏极电压0V两端的漏电流是不完全对称的。小于0V的漏极电流明显更大,因为镜像力的存在,以及源极和漏极接触质量不同。

在这里插入图片描述

关断状态(Vg< -20V )下的接触电阻远大于导通状态(Vg> -10V )下的接触电阻,这主要是由关断状态下较高的肖特基势垒引起的。

在这里插入图片描述

如图 27 所示,𝜑𝐵0是不考虑任何非理想因素的理想肖特基势垒高度。𝜑𝐵1、𝜑𝐵2和𝜑𝐵3分别是正偏压、零偏压和反向偏压下的肖特基势垒高度。由于镜像力,𝜑𝐵1、𝜑𝐵2和𝜑𝐵3都小于𝜑𝐵0,𝜑𝐵3是最小肖特基势垒高度。此外,漏极电流的不对称还与源极和漏极的接触质量不同有关。从二维 TMDCs 器件的源漏对称结构以及电路应用的角度来看,漏电流在正偏和反偏的情况下应该是完全对称的。

3.4 厚度测试

通过记录对比不同厚度器件的性能,发现,当二硫化铼比较厚时,表面屏障入射光,底部吸收光减弱,响应度也变低。然而,二硫化铼具有与厚度无关的直接带隙促使光吸收增强,进而促使光载流子的产生。所以,与其他过渡金属硫化物光电探测器比起来,较厚的二硫化铼光电探测器也具有较高的光响应度,适用于弱光探测领域。
在这里插入图片描述

4 产业价值

高光响应度的二硫化铼器件可以实现高速高效的信号传输,在光通信领域内具有优势,高灵敏度和快速响应使其可以应用于图像识别、制备测量仪器。

当我们将二硫化铼器件和电池结合,可以实现高效的光电能量转换,为太阳能利用和能量存储提供助力。

二硫化铼器件具有宽光谱探测优势,可以制成红外光电探测器,在航空航天等军工领域做出贡献。

参赛感想

我们参加的是加速科技杯这个赛道,选择这个赛道的原因有一大部分是出于我们自身的知识储备的原因。在参赛的时候,我们正在学习半导体相关的几门课程,觉得我们可以在半导体产业链上进行一些创新,于是便锁定在半导体相关材料与器件的主题上。

我们在确定了方向之后,便思考着这么进行这个赛题的完成。由于二维材料近几年的火爆,我们也是迅速将注意力投入到其上面。经过一番调查与文献查询后,石墨烯产业是发展相对而言最完整的,要实现什么目的也较为容易,但这带来的最大的问题,就是难以创新,前人将许许多多的工作都完成了。想要使用这个材料只能想出更加复杂的结构才足够,但这无疑难度上升了许多。那么这个方向的创新点就首先落在了新材料的选择上。经过调研,我们综合考虑了许多材料的性能、研究难度等多方面因素,将最终的材料选择定为了 ReS2

整个过程中,通过大量的阅读文献,我们不断学习从哪些角度考虑器件的设计,如何增加结构去改善或者弥补现有材料的缺陷以达到我们所预期的效果,体会着课本中的理论照进现实的感受,受益良多。总的来说,半导体课程促使我们选择了这个赛道,这个题目又反向作用于课程的学习。

同时,参加这个比赛,我们也见到了许多同我们一样的参赛队伍,见识到了许多新奇的想法,争取明年参加获得更好的名次。 😎

还有一些信息,可以从海报里了解,感兴趣的话可以看一下。

在这里插入图片描述

参加极术社区的【有奖征集】分享你的2023集创赛作品,秀出作品风采,分享2023集创赛作品扩大影响力,更有丰富电子礼品等你来领!
更多集创赛分享作品请关注IC技术竞赛作品分享。

相关文章:

【2023集创赛】加速科技杯作品:高光响应的二硫化铼光电探测器

本文为2023年第七届全国大学生集成电路创新创业大赛&#xff08;“集创赛”&#xff09;加速科技杯西北赛区二等奖作品分享&#xff0c;参加极术社区的【有奖征集】分享你的2023集创赛作品&#xff0c;秀出作品风采&#xff0c;分享2023集创赛作品扩大影响力&#xff0c;更有丰…...

编写postcss插件,全局css文件px转vw

跟目录下创建plugins文件夹&#xff0c;创建postcss-px-to-viewport.ts文件 文件内代码&#xff1a; // postcss 的插件 vite内置了postCss插件 无需安装 import { Plugin } from postcss;interface Options {viewportWidth: number }const Options {viewportWidth: 375, // …...

精品SpringCloud的B2C模式在线学习网微服务分布式

《[含文档PPT源码等]精品基于SpringCloud实现的B2C模式在线学习网站-微服务-分布式》该项目含有源码、文档、PPT、配套开发软件、软件安装教程、项目发布教程等 软件开发环境及开发工具&#xff1a; 开发语言&#xff1a;Java 框架&#xff1a;springcloud JDK版本&#xf…...

解决vue项目导出当前页Table为Excel

解决vue项目中导出当前页表格为Excel表格的方案 用到的技术&#xff1a; Vue2Element-uifile-saverxlsx 1、创建vue项目&#xff0c;安装element-ui 2、创建一个组件&#xff0c;组件内放入表格&#xff0c;和导出按钮 <template><div><!-- 导出的按钮 -->…...

C++设计模式_04_Strategy 策略模式

接上篇&#xff0c;本篇将会介绍C设计模式中的Strategy 策略模式&#xff0c;和上篇模板方法Template Method一样&#xff0c;仍属于“组件协作”模式&#xff0c;它与Template Method有着异曲同工之妙。 文章目录 1. 动机&#xff08; Motivation&#xff09;2. 代码演示Stra…...

目标检测YOLO实战应用案例100讲-基于YOLOv3多模块融合的遥感目标检测(中)

目录 2.2.3 YOLO 2.3 目标检测算法分析 2.3.1 目标检测结果评价指标...

element 表格fixed列高度无法100%

下文提到的滚动条皆为横向滚动条错误方法&#xff08;旧方法&#xff0c;点击查看旧博客&#xff09; 一下代码虽然能解决fixed列高度无法100%问题&#xff0c;但是会出现fixed列下面的滚动条无法被点击的问题&#xff08;被fixed列遮挡&#xff09;&#xff0c;所以该方法并不…...

【接口自动化测试】Eolink Apilkit 安装部署,支持 Windows、Mac、Linux 等系统

Eolink Apikit 有三种客户端&#xff0c;可以依据自己的情况选择。三种客户端的数据是共用的&#xff0c;因此可以随时切换不同的客户端。 我们推荐使用新推出的 Apikit PC 客户端&#xff0c;PC 端拥有线上产品所有的功能&#xff0c;并且针对本地测试、自动化测试以及使用体…...

解决sass问题:npm ERR! node-sass@9.0.0 postinstall: `node scripts/build.js`

目录 一、遇到问题 解决办法 二、 再次遇到问题 解决办法 题外话 一、遇到问题 1.运行这个项目的适合&#xff0c;遇到了没有sass的问题 解决办法 然后就用命令下载sass npm install node-sass 二、 再次遇到问题 2.下载sass的时候又发现了一个这样的问题 npm ER…...

Python技巧---tqdm库的使用

文章目录 一、tqdm基本知识二、在pytorch中使用tqdm 提示&#xff1a;以下是本篇文章正文内容&#xff0c;下面案例可供参考 一、tqdm基本知识 “tqdm” 是一个 Python 库&#xff0c;用于在命令行界面中创建进度条。 基本使用如下&#xff1a; from tqdm import tqdm impor…...

linux-线程条件变量(cond)

概述 与互斥锁不同&#xff0c;条件变量是用来等待而不是用来上锁的。条件变量用来自动阻塞一个线程&#xff0c;直到某特殊情况发生为止。通常条件变量和互斥锁同时使用 。 条件变量使我们可以睡眠等待某种条件出现。条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制&a…...

面试算法6:排序数组中的两个数字之和

题目 输入一个递增排序的数组和一个值k&#xff0c;请问如何在数组中找出两个和为k的数字并返回它们的下标&#xff1f;假设数组中存在且只存在一对符合条件的数字&#xff0c;同时一个数字不能使用两次。例如&#xff0c;输入数组[1&#xff0c;2&#xff0c;4&#xff0c;6&…...

【智能家居-大模型】构建未来,聆思大模型智能家居交互解决方案正式发布

LISTENAI 近日&#xff0c;国内11家大模型陆续通过《生成式人工智能服务管理暂行办法》备案&#xff0c;多家大模型产品已正式开放&#xff0c;激发了新一轮大模型热潮。大模型在自然语言理解方面的巨大突破&#xff0c;实现了认知智能的技术跃迁&#xff0c;带来了时代的智慧…...

通讯网关软件002——利用CommGate X2HTTP-U实现HTTP访问OPC UA Server

本文介绍利用CommGate X2HTTP-U实现HTTP访问OPC UA Server。CommGate X2HTTP是宁波科安网信开发的网关软件&#xff0c;软件可以登录到网信智汇(wangxinzhihui.com)下载。 【案例】如下图所示&#xff0c;实现上位机通过HTTP来获取OPC UA Server的数据。 【解决方案】设置网关机…...

模拟经营类游戏是怎么开发的?

模拟经营类游戏开发是一个充满挑战但也充满乐趣的领域。下面是一些步骤和关键考虑因素&#xff0c;可以帮助您开始开发自己的模拟经营游戏&#xff1a; 明确游戏概念&#xff1a; 确定游戏开发的主题和类型&#xff0c;例如城市建设、农场经营、餐厅经营等。 制定一个引人入胜…...

基于JAVA+SSM+微信小程序+MySql的图书捐赠管理系统设计与实现

✌全网粉丝20W,csdn特邀作者、博客专家、CSDN新星计划导师、java领域优质创作者,博客之星、掘金/华为云/阿里云/InfoQ等平台优质作者、专注于Java技术领域和毕业项目实战✌ &#x1f345;文末获取项目下载方式&#x1f345; 一、项目背景介绍&#xff1a; 在当今社会&#xff0…...

软件设计模式系列之六——单例模式

1 模式的定义 单例模式&#xff08;Singleton Pattern&#xff09;是一种常见的创建型设计模式&#xff0c;其主要目的是确保一个类只有一个实例&#xff0c;并提供一个全局访问点来获取该实例。这意味着无论何时何地&#xff0c;只要需要该类的实例&#xff0c;都会返回同一个…...

verdi dump状态机的波形时直接显示状态名

前段时间看到别人用verdi看状态机的波形时&#xff0c;可以显示定义的状态参数&#xff0c;觉得很有意思&#xff0c;特地学习了一下 通常拉出状态机信号的波形是下面这样的 这种信号&#xff0c;我们要想知道每个数值代表的状态&#xff0c;还需要跟定义的parameter比对 像这…...

代码随想录算法训练营19期第53天

1143.最长公共子序列 视频讲解&#xff1a;动态规划子序列问题经典题目 | LeetCode&#xff1a;1143.最长公共子序列_哔哩哔哩_bilibili 代码随想录 初步思路&#xff1a;动态规划。 总结&#xff1a; dp[i][j] &#xff1a;长度为[0, i - 1]的字符串A与长度为[0, j - 1]…...

二刷力扣--栈和队列

栈和队列 栈和队列基础&#xff08;Python&#xff09; 栈一种先进后出&#xff0c;队列先进后出。 Python中可以用list实现栈&#xff0c;用append()模拟入栈&#xff0c;用pop()模拟出栈。 也可以用list实现队列&#xff0c;但是效率较低&#xff0c;一般用collections.deq…...

JavaScript 中的 ES|QL:利用 Apache Arrow 工具

作者&#xff1a;来自 Elastic Jeffrey Rengifo 学习如何将 ES|QL 与 JavaScript 的 Apache Arrow 客户端工具一起使用。 想获得 Elastic 认证吗&#xff1f;了解下一期 Elasticsearch Engineer 培训的时间吧&#xff01; Elasticsearch 拥有众多新功能&#xff0c;助你为自己…...

通过Wrangler CLI在worker中创建数据库和表

官方使用文档&#xff1a;Getting started Cloudflare D1 docs 创建数据库 在命令行中执行完成之后&#xff0c;会在本地和远程创建数据库&#xff1a; npx wranglerlatest d1 create prod-d1-tutorial 在cf中就可以看到数据库&#xff1a; 现在&#xff0c;您的Cloudfla…...

多模态商品数据接口:融合图像、语音与文字的下一代商品详情体验

一、多模态商品数据接口的技术架构 &#xff08;一&#xff09;多模态数据融合引擎 跨模态语义对齐 通过Transformer架构实现图像、语音、文字的语义关联。例如&#xff0c;当用户上传一张“蓝色连衣裙”的图片时&#xff0c;接口可自动提取图像中的颜色&#xff08;RGB值&…...

微软PowerBI考试 PL300-在 Power BI 中清理、转换和加载数据

微软PowerBI考试 PL300-在 Power BI 中清理、转换和加载数据 Power Query 具有大量专门帮助您清理和准备数据以供分析的功能。 您将了解如何简化复杂模型、更改数据类型、重命名对象和透视数据。 您还将了解如何分析列&#xff0c;以便知晓哪些列包含有价值的数据&#xff0c;…...

现有的 Redis 分布式锁库(如 Redisson)提供了哪些便利?

现有的 Redis 分布式锁库&#xff08;如 Redisson&#xff09;相比于开发者自己基于 Redis 命令&#xff08;如 SETNX, EXPIRE, DEL&#xff09;手动实现分布式锁&#xff0c;提供了巨大的便利性和健壮性。主要体现在以下几个方面&#xff1a; 原子性保证 (Atomicity)&#xff…...

AI+无人机如何守护濒危物种?YOLOv8实现95%精准识别

【导读】 野生动物监测在理解和保护生态系统中发挥着至关重要的作用。然而&#xff0c;传统的野生动物观察方法往往耗时耗力、成本高昂且范围有限。无人机的出现为野生动物监测提供了有前景的替代方案&#xff0c;能够实现大范围覆盖并远程采集数据。尽管具备这些优势&#xf…...

比较数据迁移后MySQL数据库和OceanBase数据仓库中的表

设计一个MySQL数据库和OceanBase数据仓库的表数据比较的详细程序流程,两张表是相同的结构,都有整型主键id字段,需要每次从数据库分批取得2000条数据,用于比较,比较操作的同时可以再取2000条数据,等上一次比较完成之后,开始比较,直到比较完所有的数据。比较操作需要比较…...

DAY 26 函数专题1

函数定义与参数知识点回顾&#xff1a;1. 函数的定义2. 变量作用域&#xff1a;局部变量和全局变量3. 函数的参数类型&#xff1a;位置参数、默认参数、不定参数4. 传递参数的手段&#xff1a;关键词参数5 题目1&#xff1a;计算圆的面积 任务&#xff1a; 编写一…...

LangChain 中的文档加载器(Loader)与文本切分器(Splitter)详解《二》

&#x1f9e0; LangChain 中 TextSplitter 的使用详解&#xff1a;从基础到进阶&#xff08;附代码&#xff09; 一、前言 在处理大规模文本数据时&#xff0c;特别是在构建知识库或进行大模型训练与推理时&#xff0c;文本切分&#xff08;Text Splitting&#xff09; 是一个…...

深入浅出WebGL:在浏览器中解锁3D世界的魔法钥匙

WebGL&#xff1a;在浏览器中解锁3D世界的魔法钥匙 引言&#xff1a;网页的边界正在消失 在数字化浪潮的推动下&#xff0c;网页早已不再是静态信息的展示窗口。如今&#xff0c;我们可以在浏览器中体验逼真的3D游戏、交互式数据可视化、虚拟实验室&#xff0c;甚至沉浸式的V…...