背景简介
随着电子设备对功耗和性能的要求日益提高，传统的场效应晶体管（FETs）在不断缩小尺寸和提高工作频率的过程中，面临着显著的功耗增加和亚阈值摆幅（SS）限制问题。为了实现更低功耗、更高性能的器件，研究者们开始探索新型材料和结构的设计。二维材料，特别是过渡金属硫化物（TMDs）如MoS2，因其独特的电子性能和可调节的带隙，成为了下一代FET通道材料的重要候选。
然而，尽管二维材料在FET中展现出潜力，它们仍然受到热效应的限制，导致传统FETs在亚阈值区的开关特性不理想，SS无法突破60 mV/decade的热限制。为了解决这一问题，研究者提出了包括隧道FETs（T-FETs）、负电容FETs（NC-FETs）和冷源FETs（CS-FETs）在内的多种新型器件，这些器件通过不同的机制改善了开关特性，从而降低功耗。
本研究通过第一性原理计算，详细探讨了功能化MoS2纳米带在本征冷源场效应晶体管（CS-FETs）中的应用。通过修饰MoS2纳米带表面官能团，研究了不同修饰对FET性能的影响，并发现随着纳米带宽度的增加，SS能够突破热限制，表现出极小的值。该研究为在低功耗、高效能FET设计中应用二维纳米带材料提供了有力的理论支持，推动了下一代电子器件的发展。
研究内容
本研究通过第一性原理计算，探讨了功能化MoS2纳米带在本征冷源场效应晶体管（CS-FETs）中的应用，重点在于设计具有陡峭斜率开关特性的场效应晶体管，以降低功耗并提高性能。研究表明，通过模拟不同官能团修饰MoS2扶手椅型纳米带(MoS2NR)的电子特性，分析了这些修饰如何影响FET的性能，特别是对SS的改善。研究结果表明，-F和-O-H修饰的MoS2纳米带FET性能比-H要优异，对于沟道长度为5nm的12-MoS2NR-F，其亚阈值摆幅为28 mV/decade，开/关比高达4×10 5。此外，还研究了带宽、沟道长度、偏置电压、边缘粗糙度和缺陷对MoS2NR−F场效应管性能的影响。本研究的成果为二维材料在低功耗、高效能的场效应晶体管设计中提供了宝贵的理论支持，对未来电子器件的发展具有重要意义。
该工作以“Functionalized MoS2 nanoribbons for intrinsic cold-source transistors: A computational study” 发表在ACS Applied Nano Materials。
总结
该文献主要探讨了功能化MoS2纳米带在冷源场效应晶体管（CS-FETs）中的应用，通过第一性原理计算研究了不同修饰官能团对MoS2纳米带电子特性的影响。研究的核心目标是设计具有陡峭斜率开关特性的场效应晶体管（FETs），以降低功耗，并重点关注亚阈值摆幅（SS）这一关键参数。通过对MoS2纳米带进行表面官能团修饰，研究揭示了修饰对纳米带电子特性的影响，并发现合适的修饰能够显著改善FET性能，特别是在SS方面能够突破热限制，表现出极小的值。此外，研究还探讨了纳米带宽度、通道长度、漏源偏压、表面粗糙度以及缺陷等因素对FET性能的影响。结果表明，随着纳米带宽度的增加，SS能够突破热限制，表现出优异的低功耗开关特性。
参考
- Functionalized MoS2 nanoribbons for intrinsic cold-source transistors: A computational study[J]. ACS Applied Nano Materials, 2022, 5(1): 1178-1184. DOI:https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03793