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Ferroelectric transistors based on shear-transformation-mediated rhombohedral-stacked molybdenum disulfide, Nature Electronics 7,29 (2024)
基於剪切轉變的菱面堆積二硫化鉬鐵電電晶體
Tilo H. Yang*, Bor-Wei Liang, Hsiang-Chi Hu, Fu-Xiang Chen, Sheng-Zhu Ho, Wen-Hao Chang, Liu Yang, Han-Chieh Lo, Tzu-Hao Kuo, Jyun-Hong Chen, Po-Yen Lin, Kristan Bryan Simbulan, Zhao-Feng Luo, Alice Chinghsuan Chang, Yi-Hao Kuo, Yu-Seng Ku, Yi-Cheng Chen, You-Jia Huang, Yu-Chen Chang, Yu-Fan Chiang, Ting-Hua Lu, Min-Hung Lee, Kai-Shin Li, Menghao Wu, Yi-Chun Chen, Chun-Liang Lin*, and Yann-Wen Lan*
2024/08/01
近年來，許多二維材料被預測具有滑移鐵電的特性，並且此介面之間的鐵電性已經透過小角度扭曲堆疊的方式，在一些二維材料中被發現，如氮化硼 (BN)、二硫化鉬 (MoS2)。這種滑移鐵電材料的出紙面方向自發電極化源自於凡德瓦材料中的反對稱性破壞所引發的介面間淨電荷轉移。我們的研究成功開發一種基於剪切轉變的菱面堆積二硫化鉬鐵電電晶體 (ST-3R MoS2 FeS-FET)。首先，我們透過化學氣相沈積(CVD)成長出雙層的ST-3R MoS2，由於上下層之間原子排列的相對位置破壞材料的反對稱性，此ST-3R MoS2擁有介面間的鐵電性。藉由成長過程中所建造出的可移動晶界，雙層的ST-3R MoS2產生介面間的滑移現象，因此表現出可翻轉的出紙面方向自發電極化。我們所設計的滑移鐵電電晶體具有非揮發性記憶單元的特性，僅有1.3nm的厚度，表現出令人矚目的性能。在應用電壓為10 V的情況下，平均記憶視窗達到了7 V，保存時間超過104秒，耐久性超過104個循環。此外，我們發現剪切轉變的ST-3R MoS2的電極化方向翻轉電場為0.036 V nm−1，這突顯了我們所提出的新型鐵電電晶體作為低功率電子元件的卓越性能。我們的研究成果符合CMOS技術的sub-3nm技術節點，其原子尺度的通道厚度能夠減少短通道效應，為先進的半導體製程提供了理想的解決方案。