Ambipolar transistors facilitate concurrent transport of both positive (holes) and negative (electrons) charge carriers in the semiconducting channel. Effective manipulation of conduction symmetry and electrical characteristics in ambipolar silicon junctionless nanowire transistors (Si-JNTs) is demonstrated using gaseous nitrogen dioxide (NO₂). This involves a dual reaction in both p- and n-type conduction, resulting in a significant decrease in the current in n-conduction mode and an increase in the p-conduction mode upon NO₂ exposure. Various Si-JNT parameters, including “on”-current (I_on), threshold voltage (V_th), and mobility (µ) exhibit dynamic changes in both the p- and n-conduction modes of the ambipolar transistor upon interaction with NO₂ (concentration between 2.5 – 50 ppm). Additionally, NO₂ exposure to Si-JNTs with different surface morphologies, that is, unpassivated Si-JNTs with a native oxide or with a thermally grown oxide (10 nm), show distinct influences on I_on, V_th, and µ, highlighting the effect of surface oxide on NO₂-mediated charge transfer. Interaction with NO₂ alters the carrier concentration in the JNT channel, with NO₂ acting as an electron acceptor and inducing holes, as supported by Density Functional Theory (DFT) calculations, providing a pathway for charge transfer and “pseudo” molecular doping in ambipolar Si-JNTs.

中文翻译：

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使用气态二氧化氮的 Si 无结纳米线晶体管中的伪分子掺杂和双极性调谐


双极晶体管有助于在半导体通道中同时传输正（空穴）和负（电子）电荷载流子。使用气态二氧化氮 （NO₂） 证明了对双极硅无结纳米线晶体管 （Si-JNT） 中传导对称性和电气特性的有效操纵。这涉及 p 型和 n 型传导中的双重反应，导致 n 型导通模式下的电流显着降低，而 NO₂ 暴露时 p 型导通模式的电流增加。各种 Si-JNT 参数，包括“导通”电流 （I_on）、阈值电压 （V_th） 和迁移率 （μ） 在与 NO₂ 相互作用（浓度在 2.5 – 50 ppm 之间）时，双极晶体管的 p 导通模式和 n 导通模式都表现出动态变化。此外，NO₂ 暴露于具有不同表面形态的 Si-JNT，即具有天然氧化物或热生长氧化物 （10 nm） 的未钝化 Si-JNT 中，对 I_on、V_th 和 μ 显示出不同的影响，突出了表面氧化物对 NO₂ 介导的电荷转移的影响。与 NO₂ 的相互作用会改变 JNT 通道中的载流子浓度，NO₂ 充当电子受体并产生空穴，正如密度泛函理论 （DFT） 计算所支持的那样，为双极 Si-JNT 中的电荷转移和“伪”分子掺杂提供了一条途径。