[发明专利]用于确定二维材料器件中的电流密度的空间分布的方法

说明书

根据本发明，确定电子器件中的电流密度分布，该电子器件包括第一和第二电极以及在该第一和第二电极之间延伸的二维导电材料层。当该器件在操作中时测量经过电极的总电流，并且然后将第一电流测量探针放置在尽可能接近该二维材料和第一电极之间的界面的多个位置。该探针被耦合到与第一电极相同的电压，由此局部地对电流进行分流。在该通道与该第二电极之间的界面处完成相同的操作。以此方式为电流确定边界条件，并且假定电流密度向量正交于所述界面，这产生所述电流密度向量的边界条件。最后，在将所述边界条件纳入考虑的情况下对连续性方程求解。

发明领域

本发明涉及包括二维导电材料的半导体器件，尤其涉及用于在该器件处于操 作中时确定二维材料中的电流密度的方法。

背景技术

虽然在没有缺陷的情况下固态材料中的载流子传输理论已经完善地确立，但 在器件或测量条件中存在非理想情况时实验观察结果通常与预测不同，尤其是对于 对缺陷和环境条件更敏感的纳米级材料。这可以从导电2D材料(如石墨烯)或 TMDC材料(过渡金属二硫属元素化物)(诸如MoS₂)的电气特性的相对较大的 变化中观察到，该变化因变于大量参数，诸如晶粒的大小、杂质的密度等。对这些 参数如何影响电子传导的理解在能够在晶粒边界或杂质处测量电流密度的情况下 会极大地受益。然而，常规的电气表征仅仅测量宏观特性(例如，在电触点之间流 向操作中的器件的总电流)，而非2D材料中的兴趣点处的电流密度的大小和方向。 因此，只能确定诸如载流子迁移率之类的传输特性的均值。

发明内容

本发明的目标是提供对上述问题的解决方案。该目标由根据所附权利要求的 方法来达成。根据本发明，确定电子器件中的电流密度分布，该电子器件包括第一 和第二电极以及在该第一和第二电极之间延伸的二维导电材料层。当该器件在操作 中时，即当在电极之间施加偏压时，测量经过电极的总电流，并且然后将第一电流 测量探针放置在尽可能接近该二维材料和第一电极之间的界面的多个位置。该探针 被耦合到与第一电极相同的电压，由此局部地对电流进行分流。通过放置耦合到与 第二电极相同的电压的可能与第一探针相同的第二探针来在该通道与该第二电极 之间的界面处完成相同的操作。根据一实施例，在这两个界面处向探针施加的压力 使得经过该探针和经过相应电极的电流的总和基本上等于在探针未被放置在该二 维材料上的情况下经过相应电极的电流。以此方式，在器件处于操作中时为电流确 定边界条件，并且假定电流密度向量正交于所述界面，这产生所述电流密度向量 的边界条件。最后，在将所述边界条件纳入考虑的情况下对连续性方程求解。

本发明尤其涉及一种用于确定微电子器件中的电流密度分布的方法，该微电 子器件包括第一和第二电极以及在该第一和第二电极之间延伸的二维导电材料层， 该方法包括以下步骤，这些步骤在该器件处于操作中，即在电极之间施加偏压以使 得电荷载流子在该二维材料中从第一电极流动到第二电极或反向流动时被执行，并 且其中在该二维材料与电极之间的界面处，电流密度向量基本上正交于所述界 向，

-在没有测量探针被放置在二维材料上时测量经过第一和第二电极的总电流，

-在该二维材料上将第一电流测量探针与第一电极尽可能接近地放置在沿第 一电极与该二维材料之间的界面的多个第一位置，其中该第一探针被耦合到 与第一电极相同的电压，并且其中该第一探针在所述第一位置中的每一者中 被配置成局部地对经过该第一电极的电流进行分流，

-确定经过处于所述第一位置的第一探针的电流，并且从中导出第一组电流密 度值，该第一组电流密度值表示二维材料中的电流密度向量在该第一电极和 该二维材料之间的界面处的边界条件，

-在该二维材料上将可以与第一探针相同或不相同的第二电流测量探针与第 二电极尽可能接近地放置在沿第二电极和该二维材料之间的界面的多个第 二位置，其中该第二探针被耦合到与第二电极相同的电压，并且其中该第二 探针在所述第二位置中的每一者中被配置成局部地对经过该第二电极的电 流进行分流，