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2024 article

A Framework for Exploring Gate-Dielectric Materials for High-Performance Two-Dimensional Field-Effect-Transistors

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Rattachement africain : us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

The choice and engineering of the gate-dielectric (GD) is of paramount importance to the performance and energy-efficiency of two-dimensional (2D) field-effect-transistors (FETs) that are considered to be primary candidates for sub-10 nm gate length (Lg) metal-oxide-semiconductor FETs (MOSFETs). Despite remarkable progress achieved in recent years by the semiconductor-industry towards realization of high-performance 2D FETs based on transition-metal dichalcogenides (TMDs), achieving fast switching speeds and low device leakage currents remain an open challenge. More specifically, the effect of traps at the dielectric-2D interface and bulk defects in the dielectric on device performance have not been thoroughly investigated. In this paper, taking a common 2D-TMD material molybdenum disulfide (MoS2) as an example, we explore various GDs and dielectric-stacks – their interfaces, traps and defects, by using rigorous ab-initio density-functional-theory (DFT) and non-equilibrium-Green's-function (NEGF) transport. Our framework and analysis provide valuable insights into the design of n-type 2D MoS2FETs, including their gate leakage (IGL), subthreshold swing (SS), and ON-current (ION), and they can be extended to optimize the design and performance of other 2D FETs. More specifically, we demonstrate that monolayer (1L-) and bilayer (2L-) LaOCl/HfO2are promising GD stacks to achieve IRDS required values for IGL, SS, and IONin n-type 2D FETs. Finally, we develop a framework to derive the design-window in terms of material/interface properties valid for both n-type and p-type 2D FETs and identify potential GD materials as a passivation/seeding layer across different Lgfor n-type 2D FETs. The results highlight LaOCl as a promising candidate for Lg= 7 nm while several materials, including LaOCl andhBN, are viable for Lg= 10 nm.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
A Framework for Exploring Gate-Dielectric Materials for High-Performance Two-Dimensional Field-Effect-Transistors
Date Crossref
01/01/2024
Éditeur
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

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