卤代苯在金属表面的双稳吸附及输运性质研究文献综述

 2022-11-25 03:11

文 献 综 述

摘要:二极管由于其独特的整流特性作为电子元器件在集成电路中有着广泛的应用。然而,随着信息技术的快速发展,P-N型二极管无法满足集成电路中大电流,快速反应等要求。而肖特基二极管由于其低导通电压、反向恢复快及高频特性,在集成电路中得以广泛应用。但是,传统的硅基肖特基二极管由于其物理限制,无法实现电子元器件微型化的要求,其应用同样受限。在以往的研究中,通过有机分子取代硅半导体材料进而设计得到的有机肖特基二极管被认为是实现二极管微型化的有效方式。然而,在肖特基二极管的设计中,一直难以实现增大正向电流的同时减小反向漏电流,这是由于当肖特基势垒降低时,两个方向的电流会同时增大。基于这个问题,可调性有机肖特基二极管的设计理念被提出,通过控制有机分子在金属表面的双稳吸附态,能够调控器件在不同吸附态下的电流大小,进而得到大的正向电流和小的反向漏电流。

关键词:微型化,肖特基二级管,金属-有机界面,双稳吸附。

文献综述:

  1. 1.肖特基二极管

随着半导体行业的飞速发展,传统普通硅二极管存在着的恢复速度低,只能用在低频的整流上,高频无法快速恢复而发生反向漏电等问题越来越突显,不能满足各式各样的生活和生产需求。这时肖特基二极管作为P-N型二极管的替代品应运而生。肖特基二极管,又称肖特基势垒二极管(简称 SBD),是利用金属-半导体整流接触特性制成的二极管[1,2],且SBD通过肖特基接触势垒进行整流的多数载流子器件,其反向恢复特性良好,无需考虑少数载流子注入的问题[3,4],具有极好的开关速度。其中肖特基接触是具有正向导通、反向截止特点的金属-半导体接触。肖特基二极管的主要电学指标包括:比导通电阻,击穿电压,反向漏电流,反向恢复特性,输出电容等。

在更高的工作频率下器件有着良好的稳定性、在保证正向电流的情况下有更小的器件尺寸、器件的静态和动态功耗更小[5]。此外,肖特基二极管在反向恢复特性上有着极为良好的表现,正向恢复过程中产生的电压峰值极小,是高频领域中较为适用的整流器件[6]

早期肖特基二极管是由金属阳极(Mo、Cr、W和Pt)与n型硅阴极的接触形成的[7]。然而,电子设备的不断微型化,对肖特基二极管的体积提出了要求。硅基肖特基二极管由于其物理限制,在微型器件领域变得敏感和不稳定,因此人们亟需找到能够代替硅的材料实现肖特基二极管的微型化。在以往的研究中发现,使用有机分子代替硅,是实现微型化的可行方法。例如A. Alec Talin研究了金属-有机框架(MOFS),发现当薄膜被有机分子渗透时,能够调节器件的电导率[8,9],这意味着有机分子应用在肖特基二极管中是可行的。

  1. 2. 可调性有机肖特基二极管

增大正向电流的同时也会增大反向漏电流是传统肖特基二极管存在的问题,在PDI8-CN2/Au体系中得到了简要的证明:当该系统的有机层厚度减小时,肖特基势垒减小,输出电流和泄漏电流都增加[10]。针对该问题,苏桂荣[11]等人提出了可调性有机肖特基二极管的设计:通过考虑范德华力作用的密度泛函理论(DFT vdWsurf)计算了trans-ADT分子在Cu(111)表面的双稳吸附体系,并基于该体系设计了一种可调性肖特基二极管。通过计算证实了这两种态的吸附构型和电子性质有很大的不同,导致两态肖特基势垒高度有很大的差异。由于这两种吸附态的势垒高度不同,会导致两态的输运电流的差异,具体来说:通过STM对trans-ADT分子在Cu(111)表面的吸附状态控制,能够实现器件中电流大小的控制,当吸附分子处于物理态时,其电流较大,而处于化学态时,其电流较小,从而实现了肖特基二极管中较大正向电流和较小反向电流的要求。此外,他们通过应用非平衡格林函数输运计算,证明了这一电子器件的I-V曲线表现出明显的整流行为,即该方法设计得到的可调性有机肖特基二极管时可行的。

图1.trans-ADT在Cu(111)表面的双稳吸附构型及其I-V曲线特性。[11]

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