铁电调控能带排列增强 BAs/In2S3 铁电隧道结的隧穿电阻
本研究设计了基于 BAs/In2S3 范德华异质结构的二维铁电隧道结，并研究其输运特性。在低偏压下，不同极化态的电流幅值存在显著差异，产生高达 108% 的巨大隧穿电阻（TER）比。投影能带分析表明，铁电极化反转使能带排列由 III 型转变为 I 型。进一步分析发现，极化反转改变了总电荷转移，并相应调节 BAs 与 In2S3 层中费米能级的位置，进而导致金属态与半导体态之间的转变，实现高 TER 比。结果显示，这类高性能二维铁电隧道结在非易失存储器和铁电场效应晶体管中具有重要应用潜力。（Computational Materials Science, 2025, 253: 113823. DOI: 10.1016/j.commatsci.2025.113823.）
双层 GaN 纳米片：面向下一代晶体管的潜在沟道材料
氮化镓（GaN）是一种很有前景的第三代半导体，氢钝化翘曲双层 GaN 具有独特的电子特性。本研究利用第一性原理量子输运模拟评估栅长为 5 nm 的双层 GaN 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）。器件性能对电极掺杂浓度和欠叠长度高度敏感。优化后的 n 型/p 型器件在低功耗应用中的导通电流分别为 1059/689 μA/μm，在高性能应用中分别为 2037/1247 μA/μm；对应延迟时间分别为 0.053/0.078 ps 和 0.047/0.073 ps，功耗分别为 0.033/0.032 fJ/μm 和 0.057/0.054 fJ/μm。这些指标超过 IRDS 对“5 Å 等效节点”的目标。在相同工作条件下，双层 GaN MOSFET 的导通电流优于单层 MoS2、InSe、InP、硅烯和锗烷。总体而言，双层 GaN 兼具下一代晶体管沟道优势及适应极端环境的材料基础。（Physics Letters A, 2025, 563: 131077. DOI: 10.1016/j.physleta.2025.131077.）
氢端金刚石表面二维空穴气体的起源：负界面价诱导的上带弯曲
表面转移掺杂模型被广泛用于解释氢端金刚石（H-金刚石）表面下方空穴积累层的形成。传统观点认为，要实现有效表面转移掺杂，必须使用具有高电子亲和势的表面电子受主材料，才能在 H-金刚石亚表面产生高密度二维空穴气（2DHG）。本研究建立理论模型并证明，即便固体材料的电子亲和势并不高，也可通过形成带负电的界面从 H-金刚石表面吸收电子，并在表面转移掺杂模型中充当电子受主。特别是局域态密度计算有力表明，负界面电荷会在 H-金刚石一侧诱导能带上弯；同时，界面处金刚石原子的价带顶跨越费米能级，由此产生强烈的表面转移 p 型掺杂。该结果从理论上解释了 H-金刚石表面 2DHG 的起源，并为进一步提升 2DHG H-金刚石场效应晶体管性能提供设计准则。（Journal of Materials Science & Technology, 2025, 207: 76-85. DOI: 10.1016/j.jmst.2024.04.030.）
超短金属-氧化物-半导体场效应晶体管的候选沟道：单层 ZrS2
在后硅时代，寻找有前景的沟道材料并预测其性能极限具有重要意义。单层 ZrS2 是 IVB 族过渡金属二硫族化合物中的稳定半导体，具有各向异性的电子特性。本研究通过第一性原理量子输运模拟，逐步缩短物理栅长，探索单层 ZrS2 MOSFET 的性能极限。n 型和 p 型单层 ZrS2 MOSFET 在栅长 5 nm 时均满足 IRDS 的低功耗应用目标，在 3 nm 时满足高性能应用目标；在 3-5 nm 栅长范围内，其整体性能优于预测的单层硅烯、InSe、MoS2、MoTe2 和 MoSi2N4 MOSFET（3 nm栅长的 n 型单层硅烯低功耗器件除外）。即使在 1 nm 极限栅长下，n 型/p 型单层 ZrS2 MOSFET 的高性能导通电流仍可达到 447/450μA/μm。本研究表明，单层 ZrS2 是延续“More Moore”电子技术的潜在沟道材料。（Materials Science and Engineering B, 2025, 321: 118481. DOI: 10.1016/j.mseb.2025.118481.）
双层 α- 和 α†– 硼烯的直流与交流输运特性
本研究结合密度泛函理论与非平衡格林函数方法，考察双层 α- 和 α†– 硼烯的直流与交流输运性质。结果表明，双层 α-硼烯具有稳恒电流、恒电导和负微分电阻等丰富的直流输运行为；在相同直流偏压范围内，仅改变堆垛方式即可实现稳恒电流到恒电导、以及稳恒电流到负微分电阻的转变。对于双层 α†-硼烯，堆垛方式可显著影响阈值偏压。两类双层硼烯还呈现不同的交流输运特征：低频范围内，前者表现为电感性，后者表现为电容性，文中据此给出了相应的交流等效电路。调节层间距还可实现电感到电容及电容到电感的转变。随着层间距逐渐增大，双层 α- 和 α†-硼烯的第一临界点分别出现红移和蓝移。研究结果为理解双层硼烯的直流、交流输运行为及其可调控器件应用提供了依据。（Journal of Materials Chemistry C, 2025, 13: 9215-9224. DOI: 10.1039/d4tc04977b.）