在本論文中，我們提出一個方法解決在製作黑磷電晶體元件時，在通道與介電層會出現的介面問題。介面問題的主要原因是因為黑磷表面缺少未鍵結電子對(Lack of dangling bonds)，而現今解決方式主要分為兩種，第一種是使用同樣為二維材料的六方-氮化硼(Hexagonal Boron Nitride, h-BN)來取代傳統介電層(Al2O3, HfO2, etc.)；第二種是使用傳統介電層來完成元件。
首先，我們以h-BN當作介電層來製作黑磷電晶體。我們發現在使用氮化硼之後，可以觀察到元件載子遷移率的提升以及遲滯的下降。因為氮化硼表面同樣缺少未鍵結電子對，可以有效地減少通道表面散射。然而，h-BN厚度不易控制，並不適合用於往後的元件製作(top-gate FET, RF device, etc.)， 因此我們改用傳統的Al2O3來當作我們介電層。
Al2O3的成長是使用原子層沉積技術(Atomic layer deposition, ALD)。藉由調整成長參數，我們成功在黑磷上成長具有高品質的Al2O3。我們發現ALD的高溫成長過程，對黑磷電晶體的鍺金屬接點有退火的效果，透過EDX的分析我們可以發現鍺擴散進入黑磷的情形。除此之外，我們使用Raman並分析h-BN及Al2O3於大氣環境中對黑磷的保護程度。
透過高品質Al2O3的成長，我們不僅成功製成黑磷上閘極電晶體，也藉由下閘極的調變來得到黑磷雙閘極電晶體。我們藉由黑磷雙閘極電晶體的分析可以得到Al2O3的介電常數為9.6，此一結果高出許多先前的研究。我們也分析了黑磷雙閘極電晶體的控制機制，以及藉由雙閘極電晶體的結構，來達成黑磷的能隙調變。
綜合以上結果，我們得到了於黑磷上成長高品質Al2O3的方法，解決了黑磷通道和介電層的介面問題，並完成了黑磷雙閘極電晶體的量測與分析，進一步了解其控制機制及應用。 |
