2-D Materials for Ultrascaled Field-Effect Transistors: One Hundred Candidates under the Ab Initio Microscope

材料科学 晶体管 纳米技术 工程物理 从头算 场效应晶体管 密度泛函理论 缩放比例 光电子学 电压 凝聚态物理 物理 计算化学 化学 量子力学 数学 几何学
作者
Cedric Klinkert,Áron Szabó,Christian Stieger,Davide Campi,Nicola Marzari,Mathieu Luisier
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (7): 8605-8615 被引量:61
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c02983
摘要

Thanks to their unique properties single-layer 2-D materials appear as excellent candidates to extend Moore's scaling law beyond the currently manufactured silicon FinFETs. However, the known 2-D semiconducting components, essentially transition metal dichalcogenides, are still far from delivering the expected performance. Based on a recent theoretical study that predicts the existence of more than 1,800 exfoliable 2-D materials, we investigate here the 100 most promising contenders for logic applications. Their "current vs. voltage" characteristics are simulated from first-principles, combining density-functional theory and advanced quantum transport calculations. Both n- and p-type configurations are considered, with gate lengths ranging from 15 down to 5 nm. From this unprecedented collection of electronic materials, we identify 13 compounds with electron and hole currents potentially much higher than in future Si FinFETs. The resulting database widely expands the design space of 2-D transistors and provides original guidelines to the materials and device engineering community.

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