Harnessing room-temperature ferroelectricity in metal oxide monolayers for advanced logic devices

铁电性 单层 材料科学 氧化物 金属 光电子学 纳米技术 冶金 电介质
作者
Ateeb Naseer,Musaib Rafiq,Somnath Bhowmick,Amit Agarwal,Yogesh Singh Chauhan
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:136 (17) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0233143
摘要

Two-dimensional ferroelectric materials are beneficial for power-efficient memory devices and transistor applications. Here, we predict out-of-plane ferroelectricity in a new family of buckled metal oxide (MO; M: Ge, Sn, Pb) monolayers with significant spontaneous polarization. Additionally, these monolayers have a narrow valence band, which is energetically separated from the rest of the low-lying valence bands. Such a unique band structure limits the long thermal tail of the hot carriers, mitigating subthreshold thermionic leakage and allowing field-effect transistors (FETs) to function beyond the bounds imposed on conventional FETs by thermodynamics. Our quantum transport simulations reveal that the FETs based on these MO monolayers exhibit a large ON/OFF ratio with an average subthreshold swing of less than 60 mV/decade at room temperature, even for short gate lengths. Our work motivates further exploration of the MO monolayers for developing advanced, high-performance memory and logic devices.
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