Dirac Electrons at the Source: Breaking the 60-mV/Decade Switching Limit

热离子发射 极限(数学) 物理 电子 电气工程 MOSFET 阈下传导 电压 量子隧道 光电子学 晶体管 工程类 量子力学 数学 数学分析
作者
Fei Liu,Chenguang Qiu,Zhiyong Zhang,Lian‐Mao Peng,Jian Wang,Hong Guo
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:65 (7): 2736-2743 被引量:70
标识
DOI:10.1109/ted.2018.2836387
摘要

Power consumption of today's integrated circuit is very difficult to reduce because the MOSFET is subjected to the thermal limit of 60 mV/decade for the subthreshold swing (SS). In this paper, we show that this SS limit of thermionic current can be conquered-thus power consumption drastically reduced by density of states (DOS) engineering at the source. Specifically, the linear DOS of Dirac electrons at the source concomitant with an efficient gate control brings the SS limit down to 37 mV/decade, and further down to very small values by suppressing the thermal tail contribution with a small bandgap in the injected DOS. Using the first principles analysis, we demonstrate that FETs with Dirac source to possess extremely promising device performance in both energy dynamic power and switching speed at the ultralow operating voltage regime of 0.3 V compared with ultrathin-body Si FETs.
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