High-Performance and Low-Power Transistors Based on Anisotropic Monolayer β - TeO2

单层 各向异性 物理 凝聚态物理 阈下摆动 材料科学 晶体管 MOSFET 纳米技术 电压 量子力学
作者
Shiying Guo,Hengze Qu,Wenhan Zhou,Shengyuan A. Yang,Yee Sin Ang,Jing Lü,Haibo Zeng,Shengli Zhang
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:17 (6) 被引量:30
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.17.064010
摘要

Two-dimensional (2D) semiconductors offer a promising prospect for high-performance and energy-efficient devices especially in the sub-10-nm regime. Inspired by the successful fabrication of 2D \ensuremath{\beta}-${\mathrm{Te}\mathrm{O}}_{2}$ and the high on:off ratio and high air stability of fabricated FETs [Zavabeti et al., Nat. Electron. 4, 277 (2021)], we provide a comprehensive investigation of the electronic structure of monolayer \ensuremath{\beta}-${\mathrm{Te}\mathrm{O}}_{2}$ and the device performance of sub-10-nm MOSFETs based on this material. The anisotropic electronic structure of monolayer \ensuremath{\beta}-${\mathrm{Te}\mathrm{O}}_{2}$ plays a critical role in the anisotropy of transport properties for MOSFETs. We show that the 5.2-nm gate-length n-type MOSFET holds an ultrahigh on-state current exceeding 3700 \textmu{}A/\textmu{}m according to International Roadmap for Devices and Systems (IRDS) 2020 goals for high-performance devices, which is benefited by the highly anisotropic electron effective mass. Moreover, monolayer \ensuremath{\beta}-${\mathrm{Te}\mathrm{O}}_{2}$ MOSFETs can fulfill the IRDS 2020 goals for both high-performance and low-power devices in terms of on-state current, subthreshold swing, delay time, and power-delay product. This study unveils monolayer \ensuremath{\beta}-${\mathrm{Te}\mathrm{O}}_{2}$ as a promising candidate for ultrascaled devices in future nanoelectronics.
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