文献综述
摘要：随着纳米加工技术发展，电子器件金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的尺寸得以缩小至10 nm以下，但是严重的短沟道效应和发热问题降低了器件性能，从而限制了摩尔定律的延伸。而新型二维半导体材料因其独特、优良的电学性质和电子输运性能，成为了替代晶体管中硅基材料的重要选择，也为电子器件尺寸缩放和性能提升提供了新的可能。以热门二维材料（如石墨烯、黑磷烯、二硫化钼等）为导电沟道材料制备成的场效应晶体管展现出一定的出色开关性能，但仍旧无法完全满足国际半导体技术路线（ITRS）对MOSFETs器件的各项性能要求，所以还需继续探寻更为合适优异的新型二维半导体材料。
关键词：二维材料，场效应晶体管，InOX，电子输运性质
正文：
电子器件领域，自1960年贝尔实验室成功制作出金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）以来，由于该类晶体管能够在很小的电流和很低的电压条件下工作，且具有使用面积小和整合度高的优势，得以在大规模或超大规模集成电路中得到广泛应用。随着摩尔定律的不断扩展延伸，集成电路的集成密度和性能都在不断提升，这对晶体管器件尺寸产生了更高的要求。近50年来，微纳加工工艺的发展推动着有源晶体管尺寸的缩放，各类电子器件的性能从未停止提升，例如目前制造的硅基鳍式场效应晶体管（Si-FinFETs）的有源区不超过几纳米、MOSFETs的导电沟道尺寸缩小至15 nm以下。但是尺寸缩放引起的短沟道效应和带间/带内隧穿效应严重限制了主流发展的硅基场效应晶体管的开关性能，[1-3]栅极氧化层漏电流和发热量也逐渐增加。此外，栅极长度低于20 nm的晶体管器件即使采用了多栅极结构，仍是很难保持良好的静电性能。这些情况都成为了摩尔定律向更低尺度延展的阻碍因素。
因此我们可以考虑采用不同的方法来继续扩展摩尔定律（More-Moore）或者新摩尔定律（More-than-Moore）。[4]从几何结构方面来看，基于纳米线[5]和纳米片[6]结构的场效应晶体管由于其出色的静电性能和相对简单的制作工艺而备受关注。从导电沟道材料方面来看，基于Ⅲ-Ⅴ族半导体[7]、锗和碳纳米管[8]替代硅基材料，它们都比硅更接近各自的弹道极限。而本课题就是从材料方面出发来找寻MOSFETs器件发展的可能。
2004年石墨烯的出现[9]给场效应晶体管沟道材料带来了新的有力竞争者——二维材料。2011年关于二维单层MoS2的报道引发了其他二维材料的开发研究热潮。过渡金属硫族化合物（TMDs）家族的其他成员也从那时起开始被用作单层或多层的晶体管导电沟道，[10-15]这得益于二维TMDs材料它们的原子级厚度有利于抑制陷阱产生，无悬挂键表面更是有效地抑制了载流子散射，这些特性提供了有效的静电栅极控制和更好的载流子输运特性。此外，TMDs展现出了优良的电子性质，包括合理的迁移率（室温下高达50-100 cm2/Vs）和带隙值（Eg＞1 eV）。尽管二维TMDs的特性令人印象深刻，但是这些研究结果仍是不足以让其超越Si-FinFETs。这是因为单层TMDs具有高接触电阻，[16]且还没有器件驱动电流超过0.7 mV/mu;m的相关报道。
另外，基于石墨烯、锗烯、磷烯等二维材料的场效应晶体管也得到了充分研究，但我们发现这些器件还是很难满足国际半导体技术路线图（ITRS）对高性能和低功耗器件的性能参数要求。例如：1、石墨烯基场效应晶体管虽然有很高的开关速度，但是其金属特性（不存在带隙）致使器件开关性能达不到参数要求；2、Lg=5 nm双栅极黑磷烯MOSFET的开态电流超过了2000 mu;A·mu;m-1，满足了ITRS的要求，但其较差的稳定性影响了器件的实际应用；[17]3、二维Bi2O2Se具有较高的电子迁移率和较大带隙值，其对应的MOSFETs开关比高达106，亚阈值摆幅SS达到65 mV/dec，[18-20]但当沟道小于5 nm时其较小的载流子有效质量引起了较大的漏电流[21]。总体来看，二维半导体材料被认为是下一代晶体管器件中硅基材料的理想替代者，但继续探寻具有适当带隙、优良电子性质和输运性质的新型二维材料仍是推动晶体管器件尺寸缩放的迫切要求。
近期热门的MOX（M=Ga/In/Tl，X=Cl/Br/I）材料吸引了我们的注意，该材料与具有良好电子性质和自旋电子性质的层状氧化卤化物BiOX（X=Cl/Br/I）材料具有相似的层状结构，且二维MOX材料易于通过微机械劈裂或液态剥落方法从快体中轻松剥离。MOX体系中的InOX（X=Cl/Br/I）更是已经被报道出具有合理的带隙和良好的光催化性能[22,23]。所以我们希望可以进一步研究InOX材料体系的电子结构性质和相应MOSFETs器件的输运性能，希望可以发掘该材料体系在晶体管中的应用可能性。
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