2D-Nanotech-Material für Computerchips

Zweidimensionale materialbasierte Transistoren werden intensiv für CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) untersucht Technologieerweiterung; dennoch scheint das Herunterskalieren aufgrund des hohen Metall-Halbleiter-Kontaktwiderstands eine Herausforderung zu sein.

Zweidimensionale (2D) Nanomaterialien könnten ein Ersatz für herkömmliche CMOS-Halbleiter für integrierte Hochgeschwindigkeitsschaltungen und sehr geringen Stromverbrauch sein. CMOS erreicht die physikalischen Grenzen von etwa 1-Nanometer-Schaltungen.

Es wurde festgestellt, dass die Laborleistung dieser Geräte die Anforderungen der internationalen Roadmap für Geräte und Systeme (IRDS) für mehrere Benchmark-Metriken erfüllt.

Eine dotierungsfreie Transistorarchitektur, die eine inhärente chemische Eigenschaft von MXene nutzt, um einen intrinsisch niederohmigen Kontakt am Source- und Drain-Anschluss bereitzustellen. Das Konzept wird durch Hochdurchsatz-Screening geeigneter funktioneller Gruppen und selbstkonsistente Quantentransportrechnungen validiert. Der Vergleich mit den Spezifikationen der Technologie-Roadmap deutet darauf hin, dass ein solches funktional konstruiertes MXene-Gerät eine Technologie-Downscaling-Lösung für 2D-Transistoren bieten kann. Die Hochdurchsatzmethode könnte auf MXene mit mehreren Metallschichten ausgeweitet werden, um geeignete Halbleiter-Metall-Kombinationen für überlegene Leistung zu entdecken.

Forscher schlagen eine aus funktionellen Gruppen konstruierte Monoschicht-Transistorarchitektur vor, die sich die natürliche Materialchemie von MXenes zunutze macht, um niederohmige Kontakte zu bieten. Sie entwerfen eine automatisierte Rechenpipeline mit hohem Durchsatz, die zunächst auf Hybrid-Dichtefunktionaltheorie basierende Berechnungen durchführt, um 16 Sätze komplementärer Transistorkonfigurationen zu finden, indem sie mehr als 23,000 Materialien aus einer MXene-Datenbank durchsucht und dann selbstkonsistente Quantentransportberechnungen durchführt, um deren zu simulieren Strom-Spannungs-Kennlinien für Kanallängen von 10 nm bis 3 nm. Es wurde festgestellt, dass die Leistung dieser Geräte die Anforderungen der internationalen Roadmap für Geräte und Systeme (IRDS) für mehrere Benchmark-Metriken erfüllt (bei Strom, Verlustleistung, Verzögerung und Schwingung unter dem Schwellenwert). Die vorgeschlagenen funktional konstruierten MXene-Transistoren mit ausgeglichenem Modus können zu einer realistischen Lösung für die Skalierung der Sub-Dekananometer-Technologie führen, indem sie einen dotierungsfreien, intrinsisch niedrigen Kontaktwiderstand ermöglichen.