二维材料，再登Nature大子刊！

主要观点总结

文章探讨了二维过渡金属硫化物在三维晶体管架构设计中的应用，特别是其在低待机功耗和高性能CMOS器件中的潜力。研究通过量子输运模拟和密度泛函理论计算，分析了二维材料的三维栅极环绕晶体管架构的性能和可扩展性。结果表明，三层硫化钨作为通道材料可显著提升器件的能量-延迟积，实现了能效与性能的优化。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

二维过渡金属硫化物成为后硅时代CMOS场效应晶体管的研究热点，传统硅基器件在亚15nm通道长度下面临性能退化和加工难题。文章介绍了加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的最新研究成果。

关键观点2: 研究成果

科学家们提出了基于二维材料的三维栅极环绕（GAA）晶体管架构，并全面分析了二维TMD材料的器件性能和可扩展性。实验首次提出2DNXFET设计框架，并分析了非理想肖特基接触和电容效应。

关键观点3: 关键发现

三层硫化钨作为通道材料可显著提升器件的能量-延迟积，与硅基器件相比提升超过55%。基于二维TMD的NPFET器件集成密度和驱动电流均较硅基三维器件提升了近十倍。

关键观点4: 研究亮点

实验通过比较不同器件架构和材料，得出三层二硫化钨是最有前景的材料。研究进一步提出了2DNPFET架构，将器件集成密度和驱动电流提升至近十倍。此外，二维半导体的关键优势包括高载流子迁移率、低表面粗糙散射影响等。

文章预览

研究背景 二维过渡金属硫化物（2D TMDs）是具有原子级薄度的半导体材料，因其优异的电学性能和出色的电场控制能力，成为了后硅时代互补金属氧化物半导体（CMOS）场效应晶体管的研究热点。然而，传统硅基器件在亚15 nm通道长度下面临性能退化与加工难题，特别是在器件的开启电流（ION）与关断电流（IOFF）比值降低、表面粗糙度散射增强等方面存在挑战。此外，硅材料在通道厚度缩减至3nm以下时，载流子迁移率显著下降，进一步制约了器件的可扩展性和性能提升。 有鉴于此， 加利福尼亚大学圣巴巴拉分校Arnab Pal，Kaustav Banerjee等 在“ Nature Electronics ”期刊上发表了题为“ Three-dimensional transistors with two-dimensional semiconductors for future CMOS scaling” 的最新论文。科学家们提出了基于二维材料的三维栅极环绕（GAA）晶体管架构，包括纳米片场效应晶体 ………………………………