Matériau nanotechnologique 2D pour puces informatiques

Les transistors à base de matériaux bidimensionnels font l'objet d'études approfondies pour le CMOS (semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire) vulgarisation technologique; néanmoins, la réduction d'échelle semble être difficile en raison de la résistance de contact métal-semi-conducteur élevée.

Les nanomatériaux bidimensionnels (2D) pourraient remplacer les semi-conducteurs CMOS conventionnels pour les circuits intégrés à haute vitesse et à très faible consommation d'énergie. Le CMOS atteint les limites physiques des circuits d'environ 1 nanomètre.

Il a été constaté que les performances en laboratoire de ces appareils répondent aux exigences de la feuille de route internationale pour les appareils et les systèmes (IRDS) pour plusieurs mesures de référence.

Une architecture de transistor sans dopage, qui exploite une propriété chimique inhérente au MXene pour fournir un contact intrinsèquement peu résistif aux bornes de source et de drain. Le concept est validé par un criblage à haut débit des groupes fonctionnels appropriés et des calculs de transport quantique auto-cohérents. La comparaison avec les spécifications de la feuille de route technologique laisse entendre qu'un tel dispositif MXene d'ingénierie fonctionnelle peut fournir une solution de réduction d'échelle technologique pour les transistors 2D. La méthodologie à haut débit pourrait être étendue aux MXènes multicouches métalliques, afin de découvrir des combinaisons semi-conducteur-métal appropriées pour des performances supérieures.

Les chercheurs proposent une architecture de transistor monocouche à groupes fonctionnels qui tire parti de la chimie des matériaux naturels de MXenes pour offrir des contacts à faible résistance. Ils conçoivent un pipeline de calcul automatisé à haut débit qui effectue d'abord des calculs basés sur la théorie fonctionnelle de la densité hybride pour trouver 16 ensembles de configurations de transistors complémentaires en examinant plus de 23,000 10 matériaux à partir d'une base de données MXene, puis effectue des calculs de transport quantique autocohérents pour simuler leur caractéristiques courant-tension pour des longueurs de canal allant de 3 nm à XNUMX nm. Il a été constaté que les performances de ces appareils répondent aux exigences de la feuille de route internationale pour les appareils et les systèmes (IRDS) pour plusieurs mesures de référence (sur le courant, la dissipation de puissance, le retard et l'oscillation sous le seuil). Les transistors MXene en mode équilibré et fonctionnels proposés peuvent conduire à une solution réaliste pour la mise à l'échelle de la technologie sous-décanomètre en permettant une résistance de contact intrinsèquement faible sans dopage.