Nat. Electron.：三维晶体管与二维半导体用于未来CMOS缩放

成果介绍

原子薄2D半导体——尤其是过渡金属硫族化合物——是后硅基CMOS场效应晶体管的潜在沟道材料。然而，它们在CMOS技术中的应用将需要在三维（3D）晶体管中实现。

有鉴于此， 美国加州大学圣塔芭芭拉分校Kaustav Banerjee等报道了一个使用2D半导体设计可缩放三维晶体管的框架 。本文的方法基于非平衡格林函数量子输运模拟，该模拟结合了非理想肖特基接触和包容性电容计算的影响，以及来自密度泛函理论模拟的材料输入。在低备用功率和高性能应用中，对不同的3D晶体管（2D和硅基）和沟道厚度进行了性能比较分析。本文表明三层WS ₂ 是最有前途的材料，与硅同类产品相比，其能量延迟产品的改进幅度超过55%，有可能将CMOS尺寸缩小到几纳米。本文还表明，2D半导体可以通过独特的设计来制造2D纳米板场效应晶体管，在集成密度和驱动电流方面比具有相似占地面积的2D和硅基3D场效应晶体管提高近10倍。

图文导读

图1. 2D材料基NXFET器件架构。

图2. 最佳2D NXFET沟道材料。

图3. 沟道长度缩放以及模拟与数字性能的比较。

图4. 单层和多层纳米片结构的优化。

图5. 纳米叉晶体管性能比较和EDP预测。

图6. 2D NPFET结构。

文献信息

Three-dimensional transistors with two-dimensional semiconductors for future CMOS scaling

（ Nat Electron , 2024, DOI:10.1038/s41928-024-01289-8）

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41928-024-01289-8

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