二维半导体层状材料，如过渡族金属硫族化合物（TMDCs），由于其丰富的能带结构有望应用在下一代电子和光电器件中，其中MoS2被认为是最有希望的一种材料。MoS2的带隙和层数有关，双层或者三层MoS2相对于单层而言，能够实现更高的迁移率和更大的驱动电流。但是多层MoS2晶体管由于沟道栅控能力减低，它的亚阈值摆幅（SS）和电流开关比（ION/IOFF）会降低。为了克服这个问题，类似于Fin-FET技术的双栅结构对二维材料沟道有更强的栅控能力。虽然目前已有很多二维材料双栅晶体管的报导，但是关于双栅结构中电子的传输和分布还没有相关的报导。

复旦大学包文中研究员课题组设计了一种对称双栅结构的MoS2晶体管,研究了不同厚度MoS2沟道的电子传输行为，利用四端法测量消除了接触电阻的影响，得到了器件中载流子的本征电学特性，最后利用TCAD仿真模拟进一步解释了实验结果。结果表明，对称双栅结构导致的量子限制效应对MoS2沟道中的电子输运中有重要作用，在特定的厚度和栅介质等条件下，能够将载流子限制在沟道的中间，从而降低散射并提升迁移率。

之前，人们认为在具有原子级厚度的二维材料器件中，载流子与界面严重的散射，是限制二维材料晶体管迁移率的一个重要因素。而本研究结果从量子限制效应角度提出并证明了二维材料双栅晶体管性能优于单栅晶体管，这将有助于人们进一步理解双栅器件的工作原理进而设计性能更好的二维材料电子器件。

图. （左）MoS2 DG-FET侧视示意图。（右）DG MoS2器件沟道中的电子密度与沟道厚度的关系。所有器件中的介电层都是200 nm厚的Al2O3。

Charge transport and quantum confinement in MoS2 dual-gated transistors

Fuyou Liao, Hongjuan Wang, Xiaojiao Guo, Zhongxun Guo, Ling Tong, Antoine Riaud, Yaochen Sheng, Lin Chen, Qingqing Sun, Peng Zhou, David Wei Zhang, Yang Chai, Xiangwei Jiang, Yan Liu, Wenzhong Bao

J. Semicond. 2020, 41(7): 072904

doi: 10.1088/1674-4926/41/7/072904

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