Adsorbatabhängige elektrische Leitfähigkeit von MoS2-FETs

Zweidimensionale (2D) Nanomaterialien werden intensiv für künftige Anwendungen in der Physik, Chemie und Nanoelektronik erforscht. Sie zeigen viele neuartige Phänomene, die in den entsprechenden geschichteten, konventionellen Materialien nicht zu beobachten sind, selbst wenn nur eine einzige Atomschicht des Materials in einem Bauelement verwendet wird. Neben dem bekannten 2D-Material Graphen scheinen Übergangsmetall-Dichalcogenides (TMD) wie MoS2 und WS2 ideale Eigenschaften zu besitzen, und könnten möglicherweise das Versprechen erfüllen, Silizium bei Abmessungen im Nanometerbereich zu ersetzen. Diese Schichten weisen eine ausreichend große Bandlücke auf, wodurch ihre Verwendung in der künftigen Digital- Elektronik und in Sensor-Anwendungen sehr vielversprechend wird. Die geringen Abmessungen sorgen für eine starke Kontrollierbarkeit durch Oberflächeneffekte und bieten Möglichkeiten für hochempfindliche Gas- und Biosensoren. Diese hohe Empfindlichkeit hat jedoch auch einen möglichen Nachteil: wenn eine Änderung der molekularen Zusammensetzung der Umgebung das Verhalten des Materials verändert, ist die Einsetzbarkeit von Bauelementen, die auf diesen Materialien basieren, eingeschränkt. Daher wird in diesem Projekt untersucht, wie kleine Moleküle, die typischerweise in unserer Umgebung vorkommen, 2D-Materialien und die darauf basierenden elektronischen Bauelemente beeinflussen. Unser Ziel ist es, ein physikalisches Verständnis der Adsorptions - und Desorptionsmechanismen zu erlangen und die bevorzugten Adsorptionsstellen für typische Umgebungsmoleküle wie H 2, O2 und H 2O auf hochreinen und mit Defekten belasteten TMD- Oberflächen zu finden. Es werden physikalische Modelle entwickelt, mit denen man die Auswirkungen der Anwesenheit verschiedener Moleküle auf die Leistung von Bauelementen und Schaltkreisen, die auf diesen Materialien basieren, besser verstehen kann. Dieses Projekt erfordert einen interdisziplinären Ansatz, einschließlich ab -initio Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Modellierung und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) / Rastertunnelmikroskopie (STM)-Charakterisierung im Ultrahochvakuum, um den Aufbau und die elektrischen Eigenschaften der 2D-Materialien zu verstehen. Anschließend wird ein Monte Carlo Framework verwendet, um die makroskopische Leitfähigkeit auf der Grundlage des mikroskopischen Verhaltens der Ladungsträger zu berechnen. Schließlich wird ein Drift - Diffusionsmodell entwickelt, welches transiente Simulationen ermöglicht, um den Mixed -Mode- Betrieb von TMD-basierten Bauelementen und Schaltungen zu untersuchen.