A novel broken-gap chemical-bonded SiC/Ti2CO2 heterojunction with band to band tunneling: first-principles investigation

量子隧道 异质结 带隙 材料科学 电场 带材弯曲 纳米技术 光电子学 密度泛函理论 电子能带结构 应变工程 凝聚态物理 计算化学 化学 物理 量子力学
作者
Zhuo-Ni Dai,Wei Sheng,Xiao-Ying Zhou,Jie Zhan,Ying Xu
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (35): 23954-23962 被引量:3
标识
DOI:10.1039/d3cp03273f
摘要

A broken-gap heterojunction is a bright approach for designing tunneling field-effect transistors (TFETs) due to its distinct quantum tunneling mechanisms. In this study, we investigate the electronic structure and transport characteristics of a SiC/Ti2CO2 heterojunction, as well as the impacts of electric field and strain on the electronic properties via density functional theory. We determine that the interfacial atoms of the heterojunction are covalently bonded, forming a type-III heterojunction with a broken-gap. There exists band-to-band tunneling (BTBT) from the valence band (VB) of SiC to the conduction band (CB) of Ti2CO2. The creation of the heterojunction also enhances the carrier mobility arising from the large elastic modulus and the decrease of deformation potential. The current-voltage (I-V) characteristics of the device demonstrate a pronounced negative differential resistance (NDR) effect, along with a current that is about ten times greater than that of the vdW type-III heterojunction. Moreover, the tunneling window of SiC/Ti2CO2 is only slightly altered when subjected to an external electric field and vertical strain, demonstrating the remarkable stability of its type-III band alignments. Our results indicate that the SiC/Ti2CO2 heterojunction is useful to construct high-performance TFETs, and also introduces new ideas to design TFETs by using type-III covalent-bond heterojunctions.
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