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ACS Nano:具有近理想开关斜率的全2D材料无亚阈值场效应晶体管

低维 昂维  · 公众号  ·  · 2024-08-05 23:45
    

主要观点总结

本文报道了一种全2D材料无亚阈值场效应晶体管,具有近乎理想的开关性能,包括超陡的开关斜率、大的开/关电流比和超低关断状态电流。该器件通过集成忆阻器和场效应沟道实现,消除了亚阈值保持区域,克服了MOSFET中的玻尔兹曼热离子极限。晶圆级晶体管阵列的制造证明了低器件间变化。该工作为未来的晶体管创新提供了新的思路,有望推动功率性能边界的进一步拓展。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

介绍了传统MOSFET中亚阈值区域的存在及其导致的功耗问题,以及全2D材料场效应晶体管的研究进展。

关键观点2: 研究成果

报道了一种全2D材料无亚阈值场效应晶体管,具有超陡的开关斜率(~0.33 mV/dec)、大的开/关电流比(~107)和超低关断状态电流(~0.1 pA)。通过集成忆阻器和场效应沟道实现无亚阈值操作,消除了亚阈值保持区域,克服了MOSFET中的玻尔兹曼热离子极限。晶圆级晶体管阵列的制造证明了低器件间变化。

关键观点3: 研究方法和实验设计

通过集成vdW 2D材料构建全2D材料场效应晶体管,利用忆阻器的开关特性和场效应沟道的电场调控实现无亚阈值操作。通过系统的实验设计和分析,研究了不同沟道调制方式对晶体管性能的影响,以及无亚阈值操作对CMOS反相器动态响应的影响。

关键观点4: 研究展望

无亚阈值FET为未来的晶体管创新提供了新的思路,有望推动功率性能边界的进一步拓展。该工作的通用性也反映在替代沟道和TS材料的选择上,或者TS电阻开关机制上,只要满足功能材料的协同工作原则,就可以产生广泛的器件衍生产品。


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