摘要
关键词
- 二维晶体管(2D transistors)
- 铟硒(Indium Selenide, InSe)
- 超短通道效应(Short-channel effects)
- 俄欧姆接触(Ohmic contact)
- 高热速度(High thermal velocity)
- 亚纳米工艺(Sub-nanometer technology)
- 低功耗电子器件(Low-power electronics)
研究背景
近年来,随着硅基晶体管在12 nm以下的微缩技术接近物理极限,二维材料因其原子级厚度被广泛研究为未来电子器件的候选材料。然而,现有的二维晶体管性能尚未超越硅晶体管,主要挑战包括金属接触的肖特基势垒和二维材料与介电层界面的质量等。论文选用高热速度和小尺寸效应显著的InSe作为通道材料,通过先进的掺杂和加工技术,探索二维材料的极限潜能,为未来超低功耗电子器件设计提供了重要的技术突破。
创新点
- 提出钇掺杂诱导相变方法,显著降低二维材料的接触电阻。
- 实现10 nm通道长度晶体管的弹道比高达83%。
- 在0.5 V供电电压下,跨导性能首次超越硅基晶体管。
- 提供一种新的二维材料加工技术,可应用于多种亚纳米电子器件。
研究内容
论文设计了一种基于InSe的双栅结构晶体管,通过钇掺杂技术有效解决了二维材料与金属电极之间的接触问题,并采用高真空和低功率等离子处理优化了器件的界面质量。在实验中,研究人员对InSe的相变掺杂特性进行了理论和实验证明,展现了其由半导体到半金属的转变。制备的器件表现出极低的接触电阻(62 Ω μm),显著降低了功耗并提高了开态电流。此外,通过先进的测量和模拟技术,展示了其在亚纳米通道长度条件下的优异电子输运特性。
结论与展望
研究证实了二维晶体管的实际性能首次接近理论预测值,在未来亚纳米节点技术中具备挑战硅基技术的潜力。后续研究可针对InSe单层薄膜的湿度稳定性进行优化,同时探索更多维度的纳米加工和集成技术。
论文直达
原文标题:Ballistic two-dimensional InSe transistors
Nature 2023, 616, 470–475.
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