Material Nanotech 2-D para Chips de Computador

Transistores bidimensionais baseados em materiais estão sendo extensivamente investigados para CMOS (semicondutor de óxido metálico complementar) extensão tecnológica; no entanto, a redução parece ser um desafio devido à alta resistência de contato metal-semicondutor.

Os nanomateriais bidimensionais (2D) poderiam substituir os semicondutores CMOS convencionais para circuitos integrados de alta velocidade e consumo de energia muito baixo. O CMOS está atingindo os limites físicos de circuitos de cerca de 1 nanômetro.

Descobriu-se que o desempenho de laboratório desses dispositivos atende aos requisitos do roteiro internacional para dispositivos e sistemas (IRDS) para diversas métricas de benchmark.

Uma arquitetura de transistor livre de dopagem, que explora uma propriedade química inerente do MXene para fornecer contato intrinsecamente de baixa resistência na fonte e no terminal de dreno. O conceito é validado por triagem de alto rendimento de grupos funcionais apropriados e cálculos de transporte quântico autoconsistentes. A comparação com as especificações do roteiro tecnológico sugere que tal dispositivo MXene com engenharia funcional pode fornecer uma solução de redução de escala tecnológica para transistores 2D. A metodologia de alto rendimento pode ser estendida a MXenes de camadas multimetálicas, para descobrir combinações adequadas de metal semicondutor para desempenho superior.

Os pesquisadores propõem uma arquitetura de transistor monocamada funcional projetada em grupo que aproveita a química natural dos materiais MXenes para oferecer contatos de baixa resistência. Eles projetam um pipeline computacional automatizado e de alto rendimento que primeiro executa cálculos baseados na teoria funcional de densidade híbrida para encontrar 16 conjuntos de configurações de transistores complementares, selecionando mais de 23,000 materiais de um banco de dados MXene e, em seguida, conduz cálculos de transporte quântico autoconsistentes para simular seus características de corrente-tensão para comprimentos de canal variando de 10 nm a 3 nm. Descobriu-se que o desempenho desses dispositivos atende aos requisitos do roteiro internacional para dispositivos e sistemas (IRDS) para diversas métricas de benchmark (em corrente, dissipação de energia, atraso e oscilação sublimiar). Os transistores MXene de engenharia funcional propostos em modo balanceado podem levar a uma solução realista para o escalonamento da tecnologia subdecananômetro, permitindo uma resistência de contato intrinsecamente baixa e livre de dopagem.