背景简介
由于硅固有的物理限制，将硅基金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）持续缩小到 10 纳米栅极长度以下是非常具有挑战性的。而具有各向异性电子结构的二维半导体往往表现出相当高的导通状态电流，因此在纳米电子器件中具有很好的应用前景，但寻找稳定的、各向异性的二维半导体仍然是一个充满挑战性的研究。
研究内容
本文选取各向异性二维卤化硼烯 B4X4 (X = F, Cl, and Br) 家族材料为例，在这项工作中，计算研究了基于具有各向异性电子结构的单层 B4X4 的 5 nm 栅长 n 和 p 型高性能（HP）MOSFETs 的输运特性。单层 B4F4、B4Cl4 和 B4Br4 的带隙分别为 0.70、1.39 和 1.19 eV。通过应变工程可以扩大单层 B4F4 的小带隙，从而有效地将关态电流抑制在 0.1μA/μm 以下，同时将开态电流提高到 3140μA/μm。值得注意的是，研究表明过大的输运有效质量 m// 和态密度有效质量 mDOS 会导致载流子注入速度降低和饱和电流减小，从而严重限制了导通状态电流。因此在设计 2D 半导体 MOSFET 时需要在有效质量之间寻找一个合适的平衡。
总结
当前的文章探讨了在设计二维半导体 MOSFETs 时的必要性。随着传统硅基MOSFETs的尺寸缩小到10纳米以下，由于其固有的电子结构特性，器件的开启电流受到严重限制。文章通过研究二维各向异性材料的卓越传输特性，提供了新一代纳米电子器件的发展见解和设计指南。这些发现有助于优化二维半导体通道材料的设计，并揭示有助于提高器件性能的传输机制，为超越硅时代的高性能 MOSFETs 技术的发展奠定了基础。因此，这篇文章的研究在推动下一代纳米电子器件的发展方面具有重要意义。
参考
Theoretical dissection of the electronic anisotropy and quantum transport of ultrascaled halogenated borophene MOSFETs[J]. Physical Review Applied, 2024, 21(5): 054016. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.21.054016