Modulating Metal-Semiconductor Schottky effect with electrostatic doping : Au-InSe as a case study - Tout INSP
Thèse Année : 2024

Modulating Metal-Semiconductor Schottky effect with electrostatic doping : Au-InSe as a case study

Modulation de l'effet Schottky métal-semiconducteur par dopage électrostatique : le cas d'étude Au-InSe

Résumé

The thesis investigates the behavior and modification potential of metal-Indium Selenide (InSe) interfaces, particularly focusing on the fabrication and characterization of Schottky diodes via electrostatic doping. The experiments assessed the impact of using different metals (Au, Ag, Al) as contacts on InSe, which predominantly remain resistive and slightly non-linear--- this is attributed to the non-ideal nature of the interfaces, possibly due to defects, impurities, and metal-induced gap states. To better understand the complex behaviors at the metal-semiconductor interface, a two-way parallel diode model was employed, effectively fitting the experimental data and facilitating the extraction of significant parameters like the persistent current at higher voltages.In exploring the Schottky Barrier Height (SBH), the research confirmed that the SBH is consistently around 0.5 eV across different metals, indicative of Fermi level pinning rather than differences attributable to metal work functions or InSe electron affinity. Attempts to modulate the SBH through asymmetric device doping resulted in minimal changes (0.01-0.02 eV), underscoring the challenges posed by Fermi level pinning. Only Au demonstrated both stability and a Schottky-like behavior suitable for InSe Schottky diodes; however, SBH alterations through doping were insignificant, and overcoming Fermi level pinning is imperative for effective Schottky diode fabrication. This highlights the need for innovative approaches, involving P-- doping to inhibit metal-induced gap states, to achieve the desired electronic properties at the metal-InSe interface. The thesis sets a foundation for further research into the mechanisms of Fermi level pinning and advanced material engineering to optimize the performance of metal-semiconductor interfaces in electronic devices.
La thèse examine le comportement et le potentiel de modification des interfaces métal-Séléniure d'Indium (InSe), en se concentrant particulièrement sur la fabrication et la caractérisation de diodes Schottky via un dopage électrostatique. Les expériences ont évalué l'impact de l'utilisation de différents métaux (Au, Ag, Al) comme contacts sur l'InSe, qui restent principalement résistifs et légèrement non linéaires — cela est attribué à la nature non idéale des interfaces, possiblement due à des défauts, des impuretés et des états de lacune induits par le métal. Pour mieux comprendre les comportements complexes à l'interface métal-semiconducteur, un modèle de diode parallèle bidirectionnel a été utilisé, ajustant efficacement les données expérimentales et facilitant l'extraction de paramètres significatifs tels que le courant persistant à des tensions plus élevées.En explorant la hauteur de la barrière de Schottky (SBH), la recherche a confirmé que la SBH est constamment autour de 0,5 eV avec différents métaux, indiquant un clouage du niveau de Fermi plutôt que des différences attribuables aux fonctions de travail des métaux ou à l'affinité électronique de l'InSe. Les tentatives de modulation de la SBH par un dopage asymétrique du dispositif ont entraîné des changements minimaux (0,01-0,02 eV), soulignant les défis posés par le clouage du niveau de Fermi. Seul l'Au a démontré à la fois une stabilité et un comportement de type Schottky adapté aux diodes Schottky de l'InSe ; cependant, les modifications de la SBH par le dopage étaient insignifiantes, et surmonter le clouage du niveau de Fermi est impératif pour la fabrication efficace de diodes Schottky. Cela souligne la nécessité d'approches innovantes, impliquant un dopage en P pour inhiber les états de lacune induits par le métal, afin d'atteindre les propriétés électroniques souhaitées à l'interface métal-InSe. La thèse établit une base pour de futures recherches sur les mécanismes de clouage du niveau de Fermi et l'ingénierie avancée des matériaux pour optimiser la performance des interfaces métal-semiconducteur dans les dispositifs électroniques.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04702410 , version 1 (19-09-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04702410 , version 1

Citer

Yimin Zhang. Modulating Metal-Semiconductor Schottky effect with electrostatic doping : Au-InSe as a case study. Material chemistry. Sorbonne Université, 2024. English. ⟨NNT : 2024SORUS091⟩. ⟨tel-04702410⟩
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