基于二维范德华（2D vdW）材料的异质结构器件由于其异质结特性而在高端电子应用中得到了广泛研究。在这项研究中，作者展示了由横向串联双极半导体/Gr桥/n型二硫化钼组成的石墨烯（Gr）桥异质结构器件作为场效应晶体管（FET）的沟道材料。与传统 FET 操作不同，作者的 Gr 桥器件表现出非经典传输特性（驼峰传输曲线），因此具有负差分跨导。这些现象被解释为两个串联 FET 的工作行为，它们是由 Gr 桥层的栅极可调接触电容造成的。使用具有窄禁带和宽带隙材料的双极半导体作为基于非经典传输特性的更先进的电路应用，成功演示了多值逻辑逆变器和三倍频器电路。因此，这项创新且简单的器件结构工程将成为未来二维纳米电子学多功能电路应用的一项有前途的技术。

 
Fig 1. (a) 双极PdSe₂和WSe₂ FET的原子晶体结构和ID-VG转移特性曲线; (b) 双极半导体中Eg, Vth和ID之间关系示意图;(c) 二维双极半导体FET基于不同能带隙的谷状估计转移模型;(d) Gr桥异质结构器件的概念器件原理图和电子元件符号;(e) Gr 桥场效应晶体管的器件结构及串联电阻模型。

 
Fig 2. (a) 用于多值逻辑应用的PGM-FET横断面3D器件示意图;(b)(c) PGM-FET的OM图像;(d) MoS₂-FET、PdSe₂-FET和PGM-FET在VD为1 V时的ID-VG传输特性曲线;(e)(f)(g)(h)根据MoS₂-FET, PdSe₂-FET和 PGM-FET的ID-VG输出特性曲线估算出PGM-FET的跨导。

 
Fig 3. (a) 基于PGM - FET的电阻负载逆变器多值逻辑电路应用电路图;(b) 0.1-2v VDD基于PGM - FET的多值逻辑运算的VTC特征曲线，插图显示了三种不同的输出状态;(c) 所演示的VDD三元逆变逻辑电路的电压增益范围为0.1 V至2 V，插图显示了正弦波形Vin的动态Vout响应。

 
Fig 4. (a) 用于频率三倍器电路应用的WGM-FET的横截面3D器件示意图;(b)(c)图案化前后WGM-FET的OM图像;(d) MoS₂-FET、WSe₂-FET和WGM-FET的ID-VG传输特性曲线;(e)从(d)得到的WGM-FET的估计跨导。

 
Fig 5. (a) 基于WGM -FET的电阻负载逆变电路应用电路图;(b) 基于WGM -FET的频率三倍器电路在VDD为2 V时的VTC曲线，插图显示了四种不同的输出状态 (c) 基于WGM -FET的三倍频电路的电压增益;(d) 频率三倍器由一个周期Vin转换的频率响应。(e) 频率三倍器电路对0.1 hz、0.5 hz和1hz输入正弦波形Vin的实时Vout响应。
 
       相关研究工作由韩国仁荷大学Young Tack Lee课题组于2023年在线发表在《Nano-Micro Letters》期刊上，Graphene Bridge Heterostructure Devices for Negative Differential Transconductance Circuit Applications，原文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-022-01001-5

转自《石墨烯研究》公众号

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