无结纳米管场效应晶体管(JLNT-FET)和反转模式纳米管场效应晶体管(IMNT-FET)因具有较好的驱动能力和对短沟道效应 (SCE) 卓越的抑制能力而被关注, 自热效应 (SHE)作为影响其电热性能的关键问题而被广泛研究。文章基于TCAD数值仿真, 通过对环境温度(TA)、接触热阻(Rtc)以及侧墙长度(LS)对体传导的JLNT-FET和表面传导的IMNT-FET的最大晶格温度(TLmax)、最大载流子温度(TCmax)、漏极电流(IDS)和栅极泄漏电流(IG)等器件参数影响的分析, 对比研究了JLNT-FET和IMNT-FET中传导机制对电热特性的影响。结果表明, 较高的TA、较大的Rtc及较小的LS, 都会加剧器件的声子散射, 导致严重的SHE。同时, 由于传导机制的差异, 体传导受界面散射和声子散射影响较小, JLNT-FET具有更好的电热特性。

为满足小尺寸器件的ESD防护需求，基于Fin技术，提出了一种具有寄生SCR的STI双Fin结构。通过采用双Fin布局和深掺杂技术，减小了器件的基区宽度，避免了Fin技术中由弱电导调制导致的SCR无法开启的现象。仿真结果表明，相比于DFSD结构，新结构失效电流It2/Wlayout从21.67 mA/μm增加到28.33 mA/μm；触发电压Vt1从14.08 V减小到9.64 V。在ESD来临时，新结构能够实现有效的开启，泄放大电流。

以MoS2为代表的二维半导体材料是下一代延续摩尔定律的潜在电子学新材料之一。然而，二维特性使得MoS2中电子的输运行为对环境条件高度敏感。采用范德华绝缘体材料进行封装包覆，是目前消除二维半导体器件环境敏感性的有效方案之一。文章采用化学气相传输法制备新型范德华绝缘体材料CrOCl，并以少层CrOCl为介电层和封装材料，设计并制备了基于MoS2的场效应晶体管。以CrOCl为底栅介电层及封装材料的MoS2晶体管的室温场效应迁移率约为60 cm2·V-1·s-1，2 K下进一步增大至100 cm2·V-1·s-1。此外，相比于无封装MoS2晶体管高达20 V的回滞窗口，CrOCl的包覆有效消除了晶体管转移特性的回滞现象，证明其在二维材料电子学中的应用潜力。

二维(2D)石墨烯具有原子层厚度, 在电子器件中展示出突破摩尔定律限制的巨大潜力。目前, 化学气相沉积(CVD)是一种广泛应用于石墨烯生长的方法, 满足低成本、大面积生产和易于控制层数的需求。然而, 由于催化金属(例如Cu)衬底一般为多晶特性, 导致CVD法生长的石墨烯晶体质量相对较差。为此, 通过高温退火工艺制备了Cu (111)单晶衬底, 使石墨烯的初始成核过程得到了很好的控制, 从而实现了厘米尺寸的高质量单晶石墨烯的制备。根据二者的晶格匹配关系, Cu (111)衬底为石墨烯生长提供了唯一的成核取向, 相邻石墨烯成核岛的边界能够缝合到一起。单晶石墨烯具有高电导率, 相较于原始多晶Cu上生长的石墨烯(1 415.7 Ω·sq-1), 其平均薄层电阻低至607.5 Ω·sq-1。高温退火能够清洁铜箔, 从而获得表面粗糙度较低的洁净石墨烯。将石墨烯用于场效应晶体管(FET), 器件的最大开关比为145.5, 载流子迁移率为2.31×103 cm2·V-1·s-1。基于以上结果, 相信本工作中的单晶石墨烯还满足其他高性能电子器件的制备。

太赫兹在高速通信、生物医学、无损检测、空间探测和安全防护等众多领域有广阔的应用前景，然而高灵敏室温太赫兹探测器是其亟待解决的难题之一。新兴拓扑材料特殊的光电子学性质为太赫兹探测开辟了新路径。基于第一性原理计算第II类狄拉克半金属NiTe₂的能带结构及拓扑表面态，采用机械剥离法得到NiTe₂纳米片，通过集成电路工艺制备金属-NiTe₂-金属场效应晶体管，并测量其太赫兹光电流响应。结果表明，室温下NiTe₂响应度可达2.44 A/W，噪声等效功率约为14.96 pW/Hz^1/2，在零偏压自驱动下，响应度仍有2.25 A/W，噪声等效功率下降到9.55 pW/Hz^1/2，可与同类探测器媲美，且具有较大的线性度范围，在空气中也具有良好的稳定性。该器件良好的性能对进一步促进室温太赫兹探测器实际应用及集成具有重要意义。

相较于传统的硅材料, 宽禁带半导体材料更适合制作高压、高频、高功率的半导体器件, 被认为是后摩尔时代材料创新的关键角色。单晶金刚石拥有大禁带宽度、高热导率、高迁移率等优异特性, 更是下一代大功率、高频电子器件的理想半导体材料。然而由于可获得单晶金刚石的尺寸较小, 且价格昂贵, 极大地阻碍了金刚石的发展。历经长时间的探索, 异质外延生长技术成为了获得高质量、大面积单晶金刚石的有效手段。本综述从金刚石异质外延的衬底选择、生长机理以及质量改善等方面对近些年来异质外延单晶金刚石的发展进行详细介绍。进一步地, 对基于异质外延单晶金刚石的场效应晶体管和二极管的研究进行了总结, 说明了异质外延单晶金刚石在电子器件领域的巨大潜力。最后总结了异质外延单晶金刚石仍需面对的挑战, 展望了其在未来的应用与发展前景。

二硫化钨(WS2)由于具有可调的带隙、强的光-物质相互作用、较高的载流子迁移率等性质, 在光电子器件领域具有较为广泛的应用。本文通过常压化学气相沉积(CVD)法, 以硫粉和过渡金属氧化物为前驱体, 在SiO2/Si上生长了枝晶WS2/单层WS2同质结。在衬底上将样品的形貌演化分为了4个区域: 叠加生长区(Ⅳ)、树枝状WS2生长区(Ⅲ)、六角状WS2生长区(Ⅱ)和无明显形貌区(Ⅰ)。采用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等测试手段系统比较了所制备枝晶WS2/单层WS2在衬底上数量、形貌、结构和性质的不同。研究发现枝晶WS2形貌的不同影响了实际缺陷浓度, 从而影响了拉曼特征峰位置。利用原子吸附模型和S、W蒸气比的变化解释了形貌演化的生长机理。此外, 基于枝晶WS2/单层WS2制备的背栅式场效应晶体管(FET)光响应率为46.6 mA/W, 响应时间和恢复时间达到了微秒级别, 性能优于大多数CVD法制备的单层WS2背栅式场效应晶体管(WS2-FET)。这一工作有助于进一步加强对二维薄膜材料可控生长的理解, 对制备大面积、高质量的枝晶型结构具有一定参考价值。

石墨烯是典型的二维原子晶体材料，具有极高的热导率，其以独特的电子-声子相互作用机制以及在微纳尺度热管理领域的应用潜力而备受瞩目。国内外针对石墨烯在不同温度下的热导率进行了大量的理论和实验研究，但如何准确测量电偏置作用下悬空石墨烯器件的热导率仍需进一步深入研究。本课题组成功制备了高质量的悬空石墨烯场效应晶体管，并基于拉曼光谱法研究了少层悬空石墨烯在不同电压下的热导率变化规律。实验结果显示：当偏置电压从0 V增加至1.5 V时，悬空石墨烯的最大温度变化范围为300~779 K，同时其热导率也发生了相应变化，介于2390~3000 W/（m·K）之间。本实验结果为研究悬空石墨烯纳米电子器件在实际应用场景中的热传导特性提供了实验数据参考。