氟化钙密度(氟化钙的溶解度是多少)

利用二维材料的独特结构，晶体管等电子器件可以被赋予高面积效率和创造性的奇特功能，基于它们的电子器件的尺寸可以不断缩小。然而，基于二维材料的微纳电子器件的性能总是受到二维材料与三维介质材料界面的限制。因此，为了提高二维微纳电子器件的性能，寻找和研究与二维材料兼容的介质薄膜是非常重要的。

为了突破摩尔定律的瓶颈，研究人员将二维材料引入场效应晶体管作为沟道层。二维半导体材料，如硫化钼，具有原子厚度、表面惰性无悬挂键、载流子浓度和迁移率高的特点。理论上，这种材料可以在不降低器件性能的情况下减小场效应晶体管的尺寸。然而，将2D材料引入微纳电子器件是一项具有挑战性的任务，因为不仅需要证明引入2D材料的器件表现出更高的性能优势，还需要克服制备2D材料的挑战以及将2D材料集成到硅基器件中的负面影响，如闪烁噪声、迟滞、偏压-温度不稳定导致的长期漂移、低迁移率和亚阈值波动。

最近，马里奥·兰扎教授的团队在《应用物理评论》上发表了一篇题为“氟化钙作为2D电子的高k电介质”的评论，并被选为编辑推荐文章。苏州大学硕士生温超是论文的第一作者，阿卜杜拉国王科技大学教授马里奥·兰扎是通讯记者。本文从材料合成方法、电学性能和当前应用三个方面系统研究了氟化钙薄膜作为二维微纳电子器件介质材料的可行性，并对未来氟化钙薄膜研究面临的挑战提出了可能的解决方案。

本文首先回顾了氟化钙介质薄膜的材料合成现状，比较了各种方法(原子层沉积法、化学气相沉积法、热蒸发法和分子束外延法)合成的氟化钙薄膜的质量，认为分子束外延法是目前生长氟化钙薄膜的最佳方法。用这种方法在硅(111)衬底上生长的氟化钙薄膜结晶度高，无缺陷团，表面光滑，与衬底的缺陷密度低。同时，氟化钙薄膜的(111)晶面没有悬挂键，具有化学惰性。利用反射高能电子衍射可以原位测量分子束外延生长的氟化钙(111)表面与二维材料之间的良好界面。而分子束外延系统价格昂贵，操作相对复杂，氟化钙薄膜生长速率低(1.3 nm/min)。工业上常用的合成方法(化学气相沉积、原子层沉积、热蒸发)生长的氟化钙薄膜质量在结晶度和悬挂键密度上不如分子束外延，但这些方法较低的成本可能使工业上进一步合成和优化氟化钙介质薄膜。此外，不同的电子器件需要不同的缺陷浓度，通过这些方法合成的氟化钙薄膜可用于其他类型的微纳电子器件。

图一。(a)在高温下通过分子束外延生长的氟化钙膜的形态；(b)低温(250℃)下分子束外延生长的氟化钙薄膜的形貌；(c)在300K下通过分子束外延在铜衬底上生长氟化钙薄膜；(d)通过化学气相沉积生长氟化钙薄膜；(e)在高温下通过热蒸发生长氟化钙薄膜。

其次，作者从理论计算和实验测量两方面讨论了氟化钙薄膜的电学性质，包括能带隙、介电常数、介电强度等。首先，作者总结了文献中各种参数的取值，讨论了获得这些参数的测量方法的可靠性，并将氟化钙的电学参数与作为微纳电子器件的电介质的其他相关参数进行了比较。通过比较得出，氟化钙是一种理想的高带隙、高介电常数、高介电强度的介质材料，能有效防止漏电流。

图二。(A)使用导电原子力显微镜测量氟化钙薄膜的纳米级电学性质的示意图。(b-d)四种介质膜不同位置测量的伏安特性曲线。

然后，作者讨论了氟化钙薄膜在晶体场效应晶体管、有机薄膜晶体管、光传感器、二极管等微纳电子器件中的应用。由于其优异的电学性能和合成方法的可扩展性，氟化钙薄膜在不同的固态电子器件中表现出优异的集成潜力。同时，在硅(111)衬底上分子束外延生长的氟化钙薄膜(111)晶面与二维材料表面之间形成的高质量类范德华界面，可以减少电子散射，克服负面效应，减缓器件的退化过程，从而提高二维微纳电子器件的性能。

3.(a)二硫化钼/氟化钙(111)/n型硅场效应晶体管示意图。(b-c)图A是FET的伏安特性曲线。铝/氟化钙/金刚石场效应晶体管。(e-f)图D显示了FET的伏安特性曲线。

最后，作者总结了二维微纳电子器件与氟化钙薄膜集成过程中的一些挑战，并提出了潜在的解决方案:

适合兼容高质量氟化钙薄膜的生长基底有限：目前高质量氟化钙薄膜的生长仅在硅（111）基底上实现，未来研究可以向不同基底上生长高质量氟化钙薄膜的目标迈进。氟化钙薄膜与二维材料的界面：理论上氟化钙薄膜（111）晶面与二维材料间可形成类范德华结构，但现存的研究尚未涉及氟化钙薄膜与相邻二维材料之间的界面质量的表征，未来可以通过拉曼光谱、截面透射电子显微镜来表征氟化钙薄膜与二维材料间的界面。氟化钙薄膜与二维材料的结合：目前所报道的方法多为将二维材料转移到氟化钙薄膜上，如何在超薄氟化钙薄膜上直接生长二维材料将是一个非常有前景的研究方向。氟化钙薄膜中的介电击穿：以氟化钙为介电层的微纳电子器件的介电击穿过程还未被充分理解，包括隧道电流、不同类型的缺陷、电荷捕获和释放、随机电报噪声等。基于氟化钙薄膜的新型微纳电子器件，如忆阻器，仍有很大开发空间。

纸质链接:

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0036987