随着维度的降低和比表面积与体积比的增加，二维（2D）半导体展现出引人注目的电子特性，这些特性对周围环境异常敏感，包括直接与栅介质界面。这些影响与它们的固有行为密切相关，使得在有意引入外来电荷载流子到通道以实现互补功能时，检查这些影响变得至关重要。本研究探讨了
外来p型掺杂的MoS2中本征和外来电荷载流子传导之间竞争转变的物理起源，强调了通道与非晶栅介质相互作用的中心作用。
通过
为通道提供纯净的界面
，并使用不同厚度的六方氮化硼（h-BN）间隔层来控制这种相互作用的程度，确定了三种独特的相互作用模式：非接触、近邻和直接接触。在没有h-BN间隔层的直接接触模式下，电荷转移和轨道混合在几层p型掺杂的MoS2中诱导出双极性传导，显示出意外的栅极依赖性交叉，存在于共存的外来和本征传导之间。开尔文探针力显微镜和拉曼光谱证实了通过介质相互作用在通道中的n型掺杂，这一点进一步得到了第一性原理计算的支持，该计算识别了SiO2表面上未钝化的硅悬挂键作为n型掺杂的起源。相反，根据h-BN间隔层的厚度，非接触模式在转移曲线中保持简并的p型传导，而近邻模式则实现了栅极响应的p型传导，强调了介质相互作用在调制电荷传输中的重要角色。这些发现强调了介质工程在优化2D半导体器件中的重要性，特别是对于提高p型晶体管性能。
器件制造：
- 顶向下组装方法：用于设计场效应晶体管（FET）。
- Nb掺杂MoS2单晶：从Der-Yuh Lin研究组获得，用于制造FET。
- 基底清洁：使用piranha溶液清洁基底（300 nm厚的SiO2/p+-Si）以去除表面污染。
- Nb掺杂MoS2薄片剥离：使用微机械方法从单晶中剥离出Nb掺杂MoS2薄片。
- 薄片转移：将剥离的薄片转移到聚二甲基硅氧烷（PDMS）上，然后使用PDMS将Nb掺杂MoS2薄片一半一半地堆叠在h-BN和SiO2上。
- 电子束光刻：使用电子束光刻设备（NBL NB3）制造源和漏图案。
- 金属化：使用电子束蒸发器（Temescal FC-2000）制造Pd（15 nm）和Au（45 nm）。
- 栅极材料：使用高掺杂的硅化合物作为栅极。
1. 二维半导体与栅介质相互作用的研究：
- 论文深入探讨了二维（2D）半导体，特别是p型掺杂的MoS2与栅介质之间的相互作用，这是提高2D半导体器件性能的关键因素。
2. 三种不同的相互作用模式：
- 通过使用不同厚度的六方氮化硼（h-BN）间隔层，研究者确定了三种与栅介质相互作用的模式：非接触（noncontact）、近邻（proximity）和直接接触（direct-contact），这为调控2D半导体器件的电子特性提供了新的方法。
3. 界面工程的优化：
- 论文强调了通过精确的介质工程来调制通道与栅介质之间的相互作用，以实现p型2D材料的最优电子特性，这对于互补金属氧化物半导体（CMOS）器件的发展至关重要。
4. 实验与理论计算的结合：
- 结合了实验观察和第一性原理计算，识别了SiO2表面上未钝化的硅悬挂键作为n型掺杂的起源，这是理解p型掺杂MoS2中n型掺杂效应的关键。
5. 电荷传输和轨道混合的物理机制：
- 论文揭示了在直接接触模式下，电荷转移和轨道混合如何在几层p型掺杂的MoS2中诱导出双极性传导，并展示了栅极依赖性的交叉行为。
6. 开尔文探针力显微镜（KPFM）和拉曼光谱的应用：
- 使用KPFM和拉曼光谱来确认通过介质相互作用在通道中实现的n型掺杂，这为理解栅介质对2D半导体电子特性的影响提供了直接的实验证据。
