第一性原理量子输运模拟亚5nm单层锗烷晶体管的性能限制
二维锗由于其较低的有效质量和较大的电子—空穴迁移率，被认为是一种有前途的取代硅的新型沟道材料。本文研究了栅极长度(Lg)小于5 nm的单层锗烯晶体管的输运特性。结果发现，Lg为3 nm和5 nm的n型锗烯晶体管符合国际半导体技术路线图(ITRS)对高性能(HP)器件的开态电流(Ion)、有效延迟时间和功率时延迟乘积的要求。值得注意的是，通过引入负电容(NC)介电层，Lg为5 nm的p型锗烯晶体管几乎能够满足HP器件的ITRS要求。尽管通过加入NC介电层将栅极长度减小到2nm，但n型和p型的开态电流仍然满足大约80%的ITRS标准。因此，单层锗烯作为沟道材料在亚5nm尺度下的HP应用具有很大的潜力。(Journal of Applied Physics, 2024, 135(13). DOI:10.1063/5.0192389)
第一性原理研究应变调节MS2/硼烯和MSeS/硼烯(M = Cr, Mo, W)异质结构的电子性质、界面接触和输运性质
控制界面接触性能以形成低阻欧姆接触对设计低功耗二维器件具有重要意义。本文利用密度泛函理论(DFT)结合非平衡格林函数(NEGF)方法，研究了具有狄拉克锥的二维半金属硼烯与MS2、MSeS/硼烯(M = Cr, Mo, W)的不同接触类型。结果表明，在无应变的情况下，不同的范德华异质结(vdWHs)表现为n型(p型)Schottky接触类型，其中CrS2/硼烯vdWHs具有较低的势垒高度(Φn = 0.08 eV)。其次，我们发现面内应变比垂直应变更有效。在面内应变调制下，随着拉伸应变的增大，接触类型由肖特基接触转变为欧姆接触。同样，随着压缩应变的增加，接触类型也会从肖特基型转变为半导体型。在垂直应变的影响下，只有当层间距增加到0.4Å以上时，CrS2/硼烯vdWHs才转变为欧姆接触。最后，还研究了基于器件角度的欧姆接触形成和输运特性。这些发现表明，界面接触类型可以通过应变有效地调节，这对于设计和制造由硼烯基vdWHs组成的新型纳米电子器件至关重要。(Applied Surface Science, 2024, 652: 159363. DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159363)
第一性原理研究biphenylene, net-graphene, graphene+, and T-graphene的电子性质
自石墨烯分离成功以来，碳材料以其优异的物理化学性能吸引了大量研究者的兴趣。本文将密度泛函理论与非平衡格林函数相结合，系统地研究了biphenylene、net-graphene、 graphene+和T-graphene的电子结构。结果表明，四者均表现出金属性质，其中biphenylene和net-graphene表现出各向异性，而graphene+和T-graphene表现出各向同性。此外，还系统地研究了基于net-graphene纳米带的纳米器件在扶手椅形和锯齿形方向上的电子输运特性，发现在扶手椅形和锯齿形方向上存在显著的负微分电阻特性，表明net-graphene纳米器件在未来的电子纳米器件中具有良好的实际应用前景。（RSC advances, 2024, 14(12): 8067-8074. DOI: 10.1039/D4RA00806E）
DFT研究单层Si9C15的纳米电子学和光催化应用以改善其电子输运和光学性质
二维碳化硅材料因其与当前硅基技术的兼容性而脱颖而出，在纳米电子学和光催化方面具有独特的优势。在本研究中，我们采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了实验合成的单层Si9C15的电子性质、输运特性和光电性质。发现Si9C15在a方向上的电子迁移率(706.42 cm2V -1s -1)与空穴(432.84cm2V -1s -1)相比具有显著的方向各向异性。电输运计算表明，具有3nm沟道长度的构型在偏压下显示开态，峰值电流达到150 nA。此外，该最大电流值在拉伸应变下升级到200 nA，与5nm通道相比增加了约100倍，5nm通道仍处于关闭状态。Si9C15具有较高的光吸收系数(~105cm-1)且满足pH 0-7下水分裂的能带边缘位置。施加1 ~ 5%的拉伸应变可使导带最小值和价带最大值更接近标准氧化还原电位，提高光催化水分解效率。该研究暗示Si9C15有望应用于高性能场效应晶体管和光催化水分解方面。（Physical Chemistry Chemical Physics, 2024, 26(32): 21789-21800. DOI:10.1039/D4CP01456A）
电介质层对MoTe2/MoSe2和MoTe2/WSe2异质结构双栅MOSFET性能的影响
在本文中，作者研究了电介质对MoTe2/MoSe2和MoTe2/WSe2双栅(DG)MOSFET输运特性的影响。为了研究器件特性，对器件的开态电流(Ion)、开关电流比、亚阈值摆幅(SS)、阈值电压进行了计算。发现HfO2为电介质的MoTe2/MoSe2 DG MOSFET 的Ion为2.997×10−3 A/μm，而HfO2和SiO2共同作电解质的MoTe2/WSe2 DG MOSFET的Ion为2.971×10−3 A/μm。相较于没有电介质的情况，电介质使得MoTe2/MoSe2（MoTe2/WSe2）DG MOSFET的SS从139.71 mV/dec（145.65 mV/dec）降到112.86 mV/dec（112.74 mV/dec）。这些结果表明，电介质材料的引入提高了器件的直流性能。（Micro and Nanostructures, 2024, 190: 207846. DOI:10.1016/j.micrna.2024.207846）
