O comportamento de transporte ambipolar de transistores de WSe2 e seus circuitos analógicos

O diseleneto de tungstênio (WSe2) possui muitas propriedades excelentes e oferece um potencial surpreendente em aplicações de eletrônica baseada em vales, spintrônica e optoeletrônica. Para facilitar a aplicação digital e analógica de WSe2 em CMOS, é essencial entender o comportamento subjacente de transporte ambipolar de buracos e elétrons. Neste estudo, a tela de campo elétrico de WSe2 com uma espessura de 1–40 camadas é estudada sistematicamente por meio de microscopia de força eletrostática em combinação com a teoria de Thomas–Fermi não linear para interpretar os resultados experimentais. O comportamento de transporte ambipolar de transistores de WSe2 com 1–40 camadas é investigado sistematicamente com temperatura variando de 300 a 5 K. As propriedades de transporte dependentes da espessura (mobilidade dos portadores e barreira de Schottky) são discutidas. Além disso, o potencial da superfície de WSe2 em função da tensão da porta é realizado sob microscopia de sonda de Kelvin para investigar diretamente seu comportamento ambipolar. Os resultados mostram que o nível de Fermi se eleva em 100 meV quando WSe2 transita de um isolante para um semicondutor do tipo n e desce em 340 meV quando WSe2 transita de um isolante para um semicondutor do tipo p. Por fim, o circuito analógico baseado em transistor WSe2 ambipolar exibe controle de fase pela tensão da porta em um inversor analógico, o que demonstra aplicação prática em eletrônica de comunicação 2D. Transistores feitos de cristais de diseleneto de tungstênio (WSe2) bidimensionais podem simplificar a fabricação de dispositivos de comunicação eletrônica. Transistores modernos amplificam e manipulam a corrente aplicando campos elétricos a filmes semicondutores conhecidos como canais que são projetados para transportar cargas positivas ou negativas. Mingdong Dong da Universidade de Aarhus na Dinamarca e colegas desenvolveram um novo transistor que pode mover ambos os tipos de carga. A equipe descobriu que, quando flocos individuais de WSe2 eram empilhados em uma estrutura de canal em múltiplas camadas, o tipo dominante de carga transportada podia ser alternado usando um eletrodo externo. Um amplificador protótipo construído a partir de dois transistores baseados em WSe2 mostrou que essa abordagem permitiu controle fundamental sobre sinais analógicos e poderia ser potencialmente utilizado em circuitos complexos que requerem menos materiais e pegadas de chip menores do que o habitual. Comparados aos transistores unipolares, os transistores ambipolares, que podem alternar facilmente entre comportamento do tipo n e tipo p ao aplicar um campo elétrico, são os candidatos mais promissores, pois podem simplificar efetivamente o design de circuitos e economizar área de layout em CMOS. Neste estudo, analisamos profundamente as propriedades físicas dependentes da espessura de WSe2, onde as propriedades ópticas, o efeito de tela de campo elétrico e o comportamento de transporte ambipolar são estudados sistematicamente. Além disso, a investigação de transistores WSe2 ambipolares em circuitos analógicos que exibem mudança de fase controlada por porta explora diretamente sua aplicação prática em eletrônica de comunicação 2D.