[论文解读] Low frequency noise in chemical vapor deposited MoS2
本研究调查了通过化学气相沉积（CVD）法生长的高迁移率单晶MoS2场效应晶体管中的低频噪声。结果表明，Hooge参数范围为1.44×10⁻³至3.51×10⁻²，表明材料均匀性更优且噪声水平低于以往报道的MoS2 FET及CVD生长的石墨烯，且Hooge参数与场效应迁移率呈负相关关系。
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.
研究动机与目标
- 理解化学气相沉积（CVD）法生长的MoS2晶体管中低频噪声的来源及其大小。
- 评估材料质量和工艺控制对二维半导体器件噪声性能的影响。
- 比较CVD生长MoS2与其他二维材料（尤其是石墨烯）的噪声特性。
- 量化高迁移率MoS2 FET中噪声与场效应迁移率之间的关系。
- 评估低噪声对纳米尺度电子器件性能与可扩展性的影响。
提出的方法
- 采用化学气相沉积（CVD）法生长，制备了高迁移率单晶MoS2场效应晶体管。
- 利用标准电学表征技术测量器件中的低频噪声（1/f噪声）。
- 应用迁移率涨落模型解释噪声数据，采用Hooge的经验公式。
- 从测量的噪声谱中提取Hooge参数，以量化涨落水平。
- 将Hooge参数与场效应迁移率相关联，以评估材料质量和均匀性。
- 将提取的Hooge参数值与其它二维材料（包括CVD生长的石墨烯）的报道值进行比较。
实验结果
研究问题
- RQ1CVD生长MoS2晶体管中的低频噪声的大小及其来源是什么？
- RQ2CVD-MoS2中的Hooge参数与其它二维半导体（如石墨烯）相比如何？
- RQ3材料均匀性与工艺控制在多大程度上影响MoS2 FET的噪声性能？
- RQ4在高迁移率MoS2器件中，Hooge参数与场效应迁移率之间是否存在定量关系？
- RQ5CVD-MoS2的噪声性能与以往报道的单层MoS2 FET相比如何？
主要发现
- CVD生长MoS2中测得的低频噪声符合迁移率涨落模型，Hooge参数范围为1.44×10⁻³至3.51×10⁻²。
- 各器件间Hooge参数的微小变化表明CVD生长MoS2具有高材料均匀性及优异的工艺控制。
- CVD-MoS2中的Hooge参数约为CVD生长石墨烯报道值的十分之一。
- 观察到Hooge参数与场效应迁移率之间存在明显的负相关关系，表明更高的迁移率与更低的噪声相关。
- 低噪声水平与高均匀性表明CVD-MoS2是低噪声、高性能纳米电子器件的有前途候选材料。
- 结果表明，CVD生长MoS2在噪声特性与材料质量方面优于以往报道的单层MoS2 FET。
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