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Complementary Black Phosphorus Tunneling Field-Effect Transistors

量子隧道 磷烯 材料科学 兴奋剂 黑磷 场效应晶体管 纳米技术 晶体管 热离子发射 MOSFET 阈值电压 光电子学 带隙 工程物理 电子 电气工程 物理 量子力学 电压 工程类
作者
Peng Wu,Tarek A. Ameen,H. R. Zhang,Leonid A. Bendersky,Hesameddin Ilatikhameneh,Gerhard Klimeck,Rajib Rahman,Albert V. Davydov,Joerg Appenzeller
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (1): 377-385 被引量:120
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b06441
摘要

Band-to-band tunneling field-effect transistors (TFETs) have emerged as promising candidates for low-power integration circuits beyond conventional metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) and have been demonstrated to overcome the thermionic limit, which results intrinsically in sub-threshold swings of at least 60 mV/dec at room temperature. Here, we demonstrate complementary TFETs based on few-layer black phosphorus, in which multiple top gates create electrostatic doping in the source and drain regions. By electrically tuning the doping types and levels in the source and drain regions, the device can be reconfigured to allow for TFET or MOSFET operation and can be tuned to be n-type or p-type. Owing to the proper choice of materials and careful engineering of device structures, record-high current densities have been achieved in 2D TFETs. Full-band atomistic quantum transport simulations of the fabricated devices agree quantitatively with the current–voltage measurements, which gives credibility to the promising simulation results of ultrascaled phosphorene TFETs. Using atomistic simulations, we project substantial improvements in the performance of the fabricated TFETs when channel thicknesses and oxide thicknesses are scaled down.
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