基于单层 PtSe2 的低功耗高性能 MOSFETs 的量子输运模拟
探索更多摩尔电子器件的新型沟道材料是一件有趣的事情。由于其各向异性电子特性、优异的稳定性和高载流子迁移率，单层（ML）PtSe2 是一种很有前途的沟道候选材料。通过 underlap 工程，利用量子输运模拟评估 sub-5nm ML PtSe2 MOSFETs 的性能极限。研究结果表明，优化后的 5 nm 栅极长度的 n 型和 p 型 ML PtSe2 MOSFETs 在低功耗（LP）和高性能（HP）应用方面都超过了国际器件和系统路线图（IRDS），并且与先前报道的ML MoS2 和 MoTe2 MOSFETs 相比表现出卓越的性能。值得注意的是，在漏极附近引入 p-n 结进一步提高了 3 纳米栅极 ML PtSe2 MOSFETs 的性能，超过了 IRDS HP 基准。重要的是，在适用于 LP 应用的 5 纳米栅极 ML PtSe2 MOSFETs 和适用于 HP 应用的 3 纳米栅极 ML PtSe2 MOSFETs 中观察到几乎对称的器件特性，这有利于同质逻辑电路的设计。（Surfaces and Interfaces, 2025: 107550. DOI:10.1016/j.surfin.2025.107550）
Janus Ge2PAs 单层的电子输运性质：一种 2D 金属-半导体-金属器件原型
半导体行业对小型化的追求推动了对新材料和创新设计的探索。其中，二维（2D）半导体材料由于其独特的导电性和优异的载流子输运特性而成为有希望的候选材料，这解决了传统块状半导体在纳米尺度上的局限性。了解二维材料的电子输运特性对于解锁其在新兴纳米电子应用中的全部潜力至关重要。在这种情况下，本文的研究重点是基于 Janus Ge2PAs 单层的金属-半导体-金属（MSM）器件的输运特性。利用 DFT（密度泛函理论）模拟和非平衡格林函数方法探索外部因素，如沟道长度和电极掺杂浓度对弹道区域（亚 10 nm）器件性能的影响。通过对双探针 MSM 纳米器件的建模，分析不同偏置电压下的透射系数[T(E)]，并研究 I-V 特性与沟道长度和掺杂浓度的关系。研究结果为 Janus Ge2PAs 单层的电子输运特性提供了有价值的见解，并为基于二维材料的纳米电子器件的设计和优化提供了指导。（Journal of Applied Physics, 2025, 138(8). DOI:10.1063/5.0283827）
导电金属氧化物和氧化铪双层电阻随机存取存储器：从头算研究
对两种导电金属氧化物（CMO，即 TaO 和 TiO）和立方氧化铪（HfO2）双层电阻随机存取存储器器件中的界面进行密度泛函理论模拟，这些模拟是在广义梯度近似水平上进行的。通过在 HfO2 内部创建一个原子级薄的 O 原子空位路径模拟 HfO2 中的丝状传导。结果表明，这种原子细丝导致结构的电阻大大降低。此外，还探讨了 CMO 内部 O 过量对器件整体电阻影响的可能性，并确认诱导机制。揭示当 O 原子插入 CMO 内部时所观察到电阻增加的两个可能原因。最后，提出以 TaO 和 TiO 作为 CMO 器件之间的主要区别。结果表明，使用 TaO 的结构一般更为稳定，其行为意味着只有低电阻和高电阻（两个完全分离的水平），而使用 TiO 的结构则允许中间电阻。（Journal of Applied Physics, 2025, 137(8). DOI:10.1063/5.0246959）
二维 TMD 电阻开关中晶界对金属原子迁移和电子输运的影响
基于二维材料（2DMs）的忆阻器中，金属接触处的原子迁移以及随后形成的导丝被认为是导致电阻开关的主要机制。本研究采用密度泛函理论结合非平衡格林函数输运模拟，对不同金属原子（如金、铜、铝、镍和银）在 2DMs 晶界（GBs）上的迁移进行了详细的原子级研究。重点研究这些金属原子在垂直方向穿过 MoS2 层以及沿 MoS2 层表面的迁移情况，分别对应于垂直和横向忆阻器中的导丝形成。考虑 MoS2 中通常存在的不同类型的晶界，评估其对金属原子扩散的影响。将研究结果与基于原始 MoS2 和单硫空位的结构进行比较，旨在理解影响忆阻器开关性能的关键因素。此外，还进行了传输模拟，评估晶界对垂直和平行于晶界方向的电子电导率的影响，从而为电阻切换比提供了有价值的见解。（Nanoscale, 2025, 17, 13797. DOI: 10.1039/d4nr05321d）
单层 β-AgI 的量子输运模拟：在亚 1nm 栅长 MOSFET 中有前景的纳米沟道材料
最近，Ⅺ 族过渡金属卤化物 MX（M = Cu, Ag; X = I）已被实验合成。由于单层（ML）MX 具有结构、机械和热力学稳定性以及可调带隙，极大地扩展了探索新型二维材料的可能性，因此引起人们的极大兴趣。本文利用从头算框架研究原始 β-AgI ML 的基本结构、动力学和电子特性。考虑到 β-AgI ML 的结构、动力学稳定性和可调电子带隙的优势，在考虑 β-AgI ML 作为纳米沟道材料的情况下，对提供超低电源电压（Vdd = 0.54 V）的 0.34 nm 栅长双栅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）进行量子输运模拟。所有的量子输运模拟均使用量子原子工具包（Q-ATK）包中的密度泛函理论（DFT）和非平衡格林函数（DFT + NEGF）方法完成的。在低功耗（LP）和高性能（HP）应用中，对原始 ML β-AgI 用于 n 型和 p 型纳米晶体管的性能限制进行了广泛的研究。结果表明，当考虑 2 nm 的重叠长度时，0.34 nm 栅长 ML β-AgI 双栅 p 型 MOSFET 的性能极限符合 2013 年国际半导体技术路线图（ITRS）标准，预计将于 2028 年用于 LP 和 HP 电子应用。基于对量子输运模拟的综合分析，相信 ML β-AgI 具有在 MOSFET 中用作有前途的纳米沟道材料的潜力，能够小型化并维持摩尔定律缩小到低于 1nm 的栅极长度晶体管。（Nanoscale, 2025, 17(12): 7367-7378. DOI:10.1039/d4nr04304a）