[論文レビュー] Low frequency noise in chemical vapor deposited MoS2

Yuji Wang, Xinhang Luo+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2013

2D Materials and Applications参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、化学蒸着法（CVD）を用いて成長された高移動度・単結晶モリブデンディチリド（MoS2）フィールド効果トランジスタにおける低周波数ノイズを調査している。Hooge定数は1.44×10⁻³から3.51×10⁻²の範囲にあり、これは、以前に報告されたMoS2 FETやCVD成長グラフェンと比較して、材料の均一性が高くノイズが低いことを示しており、Hooge定数とフィールド移動度の逆相関関係が確認された。

ABSTRACT

Inherent low frequency noise is a ubiquitous phenomenon, which limits operation and performance of electronic devices and circuits. This limiting factor is very important for nanoscale electronic devices, such as 2D semiconductor devices. In this work, low frequency noise in high mobility single crystal MoS2 grown by chemical vapor deposition (CVD) is investigated. The measured low frequency noise follows an empirical formulation of mobility fluctuations with Hooge' s parameter ranging between 1.44E-3 and 3.51E-2. Small variation of Hooge's parameter suggests superior material uniformity and processing control of CVD grown MoS2 devices than reported single-layer MoS2 FET. The extracted Hooge's parameter is one order of magnitude lower than CVD grown graphene. The Hooge's parameter shows an inverse relationship with the field mobility.

研究の動機と目的

• 化学蒸着法（CVD）で成長されたMoS2トランジスタにおける低周波数ノイズの原因および大きさを理解すること。
• 2次元半導体デバイスにおけるノイズ性能に与える材料品質およびプロセス制御の影響を評価すること。
• 特にグラフェンを含む他の2次元材料と比較して、CVD成長MoS2のノイズ特性を評価すること。
• 高移動度MoS2 FETにおけるノイズとフィールド移動度の定量的関係を特定すること。
• 低ノイズがナノスケール電子デバイスの性能およびスケーラビリティに与える影響を評価すること。

提案手法

• 化学蒸着法（CVD）を用いて高移動度・単結晶MoS2フィールド効果トランジスタを製造した。
• 標準的な電気的特性評価手法を用いて、デバイスにおける低周波数ノイズ（1/fノイズ）を測定した。
• ノイズデータの解釈に、移動度のゆらぎモデルとHoogeの経験則的式を適用した。
• 測定されたノイズスペクトルからHooge定数を抽出し、ゆらぎの程度を定量化した。
• Hooge定数とフィールド移動度を相関させることで、材料の品質および均一性を評価した。
• CVD成長グラフェンを含む他の2次元材料で報告されたHooge定数と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CVD成長MoS2トランジスタにおける低周波数ノイズの大きさと原因は何か？
• RQ2 CVD-MoS2におけるHooge定数は、グラフェンを含む他の2次元半導体と比較してどう異なるか？
• RQ3 材料の均一性およびプロセス制御がMoS2 FETのノイズ性能に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 高移動度MoS2デバイスにおいて、Hooge定数とフィールド移動度の間には定量的関係があるか？
• RQ5 CVD-MoS2のノイズ性能は、以前に報告された単層MoS2 FETと比較してどうか？

主な発見

• CVD成長MoS2における測定された低周波数ノイズは、Hooge定数が1.44×10⁻³から3.51×10⁻²の範囲にあり、移動度のゆらぎモデルに従うことが確認された。
• デバイス間でのHooge定数の小さなばらつきは、CVD成長MoS2における高い材料均一性および優れたプロセス制御を示している。
• CVD-MoS2におけるHooge定数は、CVD成長グラフェンで報告された値と比較して約1桁低い。
• Hooge定数とフィールド移動度の間には明確な逆相関関係が観察され、より高い移動度が低いノイズと関連していることが示唆された。
• 低ノイズと高い均一性は、CVD-MoS2が低ノイズ・高性能ナノスケール電子デバイスに有望であることを示している。
• 結果から、CVD成長MoS2は、ノイズ特性および材料品質の面で、以前に報告された単層MoS2 FETを上回ることが明らかになった。