直觀上很容易理解的一點是:二維材料解決了硅基材料縱向尺寸繼續縮小的問題,構筑溝道材料的單層二維半導體的厚度最小可至1 nm以下。
當然由于很強的短溝道抑制能力,二維材料的橫向溝道尺寸也可以做到1 nm以下,這個我們后面可以出一期文獻講解如何實現超小溝道尺寸的具體方式。
這里重點想介紹的是另一種橫向尺寸縮小的方式,也就是“多”柵控制(包括雙柵,三柵,環柵等等),這個概念在硅基MOSFET已經很常見,在二維半導體晶體管的引入也是一種對傳統硅基工藝的借鑒學習。
然而由于二維半導體材料本身的物體特性,實現多于雙柵的“多”柵控制還是有一定的難度,需要利用特殊的材料生長和器件制備工藝,目前比較常見的一種二維材料半導體晶體管“多”柵結構為Ω柵非平面結構。
新結構:omega-shaped gate-Non-planar gate architecture
文章中溝道材料采用轉移的高質量MoS2制備,保證了制備后晶體管的高性能。此外,在薄膜轉移后采用了乙醇滴涂加自然晾干增加薄膜和納米線接觸緊密度。
文章研究了器件的電學特性和短溝道效應(電學性能隨溝道長度的變化),并構筑了反相器和與非門。
(b)背柵控制隨著納米線直徑的增加而逐漸減小;(c)器件具有大開態電流和小的SS。
(c)(f)開態電流最高達到了0.89A/μm,跨導最大為32.7 μS/μm。
對于“多”柵結構的二維半導體晶體管還有很多可研究的點,以這篇文章為例,是否其他更好的納米線材料的替代可以實現材料更緊密的接觸,簡化工藝等等,不管是材料還是器件的制備工藝趨勢肯定是易于大規模集成。
審核編輯:劉清
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原文標題:新器件結構帶來的二維半導體材料晶體管性能優勢
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