High-current p-type transistors from precursor-engineered synthetic monolayer WSe$_2$
通过前驱体工程化学气相沉积和损伤最小化制造，合成低缺陷单层WSe2，实现创纪录的高电流p型晶体管，弥合p型性能差距。
2025-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mobility enhancement and highly efficient gating of monolayer MoS2 transistors with Polymer Electrolyte
我们报告的单层二硫化钼（MoS 2）的设备使用一个薄层的聚合物电解质组成的聚（环氧乙烷）（PEO）和高氯酸锂（LiClO 4）作为接触势垒还原剂和通道迁移率助推器的电气特性。我们发现，裸露的MoS 2器件（没有聚合物电解质）在Si/SiO2上制作有低的沟道迁移率和大的接触电阻，这两个严重限制了器件的场效应迁移率。在器件顶部沉积一层薄薄的PEO/LiClO 4不仅可以显著降低接触电阻，而且可以提高沟道迁移率，使器件的场效应迁移率提高三个数量级。当聚合物电解质用作栅极介质时，由于强栅极-沟道耦合，MoS 2场效应晶体管表现出优异的器件特性，例如接近理想的亚阈值摆幅和106的开/关比。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metal nanoparticle field-effect transistor
我们证明，通过一个本地的顶栅电流振荡可以观察到在扩展，单层膜组装从单分散金属纳米晶体-实现晶体管功能。这种金属基体系中的振荡是由于纳米晶体中库仑能隙的出现，该库仑能隙可通过纳米晶体的尺寸来调节。通过Langmuir-Blodgett方法的组装在大面积上产生均匀的单层膜。介电氧化层保护金属氧化物场效应晶体管免受氧化，并导致数月的稳定功能。由于纳米晶的高单分散性和组装膜的高超结晶性，可以实现晶体管功能。由于膜仅由一个单层纳米晶体组成并且所有纳米晶体同时处于库仑阻塞状态，因此可以有效地影响能级（有限屏蔽）。
2013-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Designing power efficient transistors using narrow bandwidth materials from the MA2Z4 monolayer series
晶体管的亚阈值漏电流已经成为实现超低功耗晶体管的关键限制因素。漏电流主要由载流子的长热尾决定。我们提出了一个解决这个问题的方法，通过使用窄带宽半导体，通过过滤掉高能量载流子来限制电子泄漏电流。我们具体证明了这种解决方案在晶体管与横向限制单层MoSi 2N 4与不同的钝化作为沟道材料。值得注意的是，我们发现，所提出的窄带宽设备可以实现一个大的ON/OFF电流比与超低电源电压为0.1 V，即使是5 nm的栅极长度的设备。我们还表明，其他几种材料共享的窄带宽的导带和价带在同一系列的独特的电子特性。
2022-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrical Control of Second-Harmonic Generation in a WSe2 Monolayer Transistor
非线性光学频率转换是光场与非线性介质相互作用产生新的光场频率，在现代光子系统中普遍存在。然而，引起这种现象的非线性电致伸缩性通常很难在给定的材料中进行调谐，到目前为止，光学非线性的动态控制仍然局限于研究实验室作为光谱工具。在这里，我们报告了一种机制，以电控制二阶光学非线性在单层WSe 2，一个原子级薄的半导体。我们表明，在A-激子共振的二次谐波产生的强度是可调的，在低温下超过一个数量级，在室温下通过静电掺杂的场效应晶体管的近4倍。这种可调谐性产生于单层半导体中的强激子充电效应，其允许对激子和trion共振处的振子强度进行异常控制。激子增强的二次谐波产生与激发激光相反的圆偏振，这是由在单层中具有相反螺旋度的双光子和单光子谷选择规则的组合引起的。我们的研究为基于二维半导体的芯片级电可调非线性光学器件的新平台铺平了道路。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling Charge Transport in C60-based Self-assembled Monolayers for Applications in Field-Effect Transistors
采用分子动力学模拟、半经验电子结构计算和Landauer输运理论相结合的方法，研究了用于有机场效应晶体管的含C_（60）的自组装单分子膜的电导特性.结果揭示了自组装膜的输运特性与其结构和电子性质之间的密切关系。此外，两个本地的自组装膜中的电荷输运的途径和结构波动的影响进行了分析。
2014-03-07 cond-mat.mes-hall
Symmetry-dependent phonon renormalization in monolayer MoS2 transistor
强的电子-声子相互作用限制了半导体的电子迁移率，也会对声子频率产生显著影响。后者是使用拉曼光谱对石墨烯基器件中的掺杂进行无损表征的关键。利用电化学顶栅场效应晶体管（FET）的单层MoS $_2$的原位拉曼散射，我们显示软化和增宽的$_{1g}$声子与电子掺杂，而其他拉曼活性E $_{2g}^{1}$模式基本上保持惰性。用基于第一性原理密度泛函理论的计算来证明这些结果，我们用群论的论点来解释为什么$_{1g}$模式特别表现出对电子掺杂的强烈敏感性。我们的工作开辟了使用拉曼光谱探测掺杂水平的单层MoS $_2$基FET，具有高的开关比，具有巨大的技术意义。
2012-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Response to comment "Measurement of mobility in dual-gated MoS2 transistors"
在我们之前的论文中，我们报道了具有高开关比的可切换单层MoS2晶体管，并且我们声称可以使用介电屏蔽来增加单层MoS2的迁移率。我们使用Lemme等人先前应用于顶栅石墨烯纳米带的方法估计其迁移率。我们在这里讨论M. Fuhrer和J.Hone在他们的帖子1301.4288中，并给出了我们自己对以前流动性测量中可能的误差及其来源的估计。
2013-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Operating Principles of Vertical Transistors Based on Monolayer Two-Dimensional Semiconductor Heterojunctions
对一种基于双栅原子薄异质结的垂直晶体管进行了理论研究。p型和n型晶体管操作都可以通过使用两个栅极中的一个作为开关栅极来方便地实现。由于漏致耗尽和隧道势垒层的缺乏，晶体管显示出良好的饱和输出I-V特性。由于作为切换机制的带通滤波，亚阈值斜率可以低于超声波极限。原子级薄的垂直PN异质结可以从II型异质结静电调制到断裂带隙对准，这对于最大化导通电流是优选的。
2014-08-13 cond-mat.mes-hall
How do Quantum Effects Influence the Capacitance and Carrier Density of Monolayer MoS$_2$ Transistors?
当晶体管栅极绝缘体具有纳米级等效氧化物厚度（EOT）时，由于沟道的量子电容和电荷质心电容，栅极电容（$C_\textrm{G}$）变得小于氧化物电容（$C_\textrm{ox}$）。在这里，我们研究单层的MoS $_\textrm{2}$作为一个原型的二维（2D）通道的电容，同时考虑空间变化的潜力，电荷密度，和状态密度。在0.5 nm EOT处，单层MoS $_\textrm{2}$电容小于其量子电容，对于0.5 V和1 V之间的栅极击穿电压，将n型沟道的单栅极$C_\textrm{G}$限制在$C_\textrm{ox}$的63%和78%之间。尽管有这些限制，对于双栅极器件，单层MoS $_\textrm{2}$的导通态$C_\textrm{G}$在0.5 nm EOT时比硅的导通态大50%，在1 nm EOT时比InGaAs的导通态大三倍以上，这表明2D半导体在未来的技术节点上有望用于纳米级器件。
2023-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Twisted monolayer and bilayer graphene for vertical tunneling transistors
我们制备了由单层（Gr）和Bernal双层（BGr）石墨烯电极组成的扭曲控制的共振隧穿晶体管，石墨烯电极由一薄层六方氮化硼（hBN）隔开。共振条件是通过紧密对齐石墨烯电极的晶体取向来实现的，这导致在某些偏置电压下隧穿电子的动量守恒。在这样的条件下，可以实现负微分电导（NDC）。面内磁场的应用导致电子在隧穿过程中获得额外的动量，这允许控制共振条件。
2021-03-25 cond-mat.mes-hall
Atomistic Full-Band Simulations of Monolayer MoS2 Transistors
采用全带弹道量子输运模拟方法，利用密度泛函理论得到的原子紧束缚哈密顿量，研究了深尺度单层MoS2 n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的输运性质.我们的模拟表明，单层MoS2 MOSFET可以提供接近理想的亚阈值斜率，并抑制漏致势垒降低（DIBL）和栅致漏漏极泄漏（GIDL）。然而，这些全频带模拟也表现出有限的带宽。这些弹道模拟还在与最低导带的能量的窄宽度相关联的输出特性中表现出负微分电阻（NDR），但是该NDR可以通过在MoS2中的散射而显著减小或消除。
2013-11-16 cond-mat.mes-hall
CMOS-compatible Strain Engineering for High-Performance Monolayer Semiconductor Transistors
本文提出用CMOS兼容的氮化硅覆盖层在350 °C下向单层MoS2晶体管引入拉伸应变，显著提升短沟道器件电流，增益主要来自肖特基势垒降低。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Giant persistent photoconductivity in monolayer MoS2 field-effect transistors
过渡金属二硫属化合物（TMD）单层膜在电子学和光子学领域有着广泛的应用前景。基于TMD的器件暴露于光产生光载流子，导致增强的导电性，其可以有效地用于，例如，在光电探测器中。如果光增强的电导率在去除照射后仍然存在，则该效应被称为持续光电导性（PPC）。在这里，我们表明，紫外线（波长= 365 nm）曝光诱导一个非常长的寿命的巨型PPC（GPPC）在单层二硫化钼（ML-MoS2）场效应晶体管（FET）的时间常数为30天。此外，这种效应导致电导率的大幅增强，高达107倍。在以往的研究中，PPC的起源是由于外在的原因，如在基板或吸附的陷阱电荷，我们明确表明，GPPC主要是由ML-MoS2的固有特性，如晶格缺陷，诱导大量的局域态的禁带中。这一发现是支持一个详细的实验和理论研究的电传输在TMD的FET，以及通过表征ML-MoS2与扫描隧道光谱，高分辨率透射电子显微镜，和光致发光测量。所获得的结果提供了一个基于缺陷的工程的电子和光学性能的TMD器件应用的基础。
2020-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-transport in the monolayer MoS2 material system for high-performance field-effect transistor applications
本文通过理论计算系统分析了单层MoS2在不同衬底上的磁输运机制，揭示悬浮MoS2霍尔因子显著偏离1，而衬底上MoS2接近理想值，并表明Al2O3衬底上的MoS2适合用于霍尔效应探测器。
2023-12-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron irradiation of metal contacts in monolayer MoS$_2$ Field-Effect Transistors
本文研究了电子束辐照单层二硫化钼（MoS $_2$）场效应晶体管（FET）肖特基金属接触的问题。我们表明，暴露的Ti/Au源/漏导致电子束提高了晶体管的电导。我们模拟的电子在设备中的路径，并表明，大部分的光束能量被吸收的金属接触。因此，我们建议，晶体管电流增强是由于热诱导的界面反应，降低接触肖特基势垒。我们还表明，电子束调理的接触是永久性的，而照射的通道可以产生瞬态效应。
2020-04-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
High-performance and Low-power Transistors Based on Anisotropic Monolayer $β$-TeO$_2$
二维（2D）半导体为高性能和高能效器件提供了有希望的前景，特别是在亚10 nm区域。受2D $β$-TeO $_2$的成功制造以及所制造的场效应晶体管（FET）的高开/关比和高空气稳定性的启发[Nat.Electron.2021，4，277]，我们提供了对单层$β$-TeO $_2$的电子结构和基于该材料的亚10 nm金属氧化物半导体FET（MOSFET）的器件性能的全面研究。单层$β$-TeO $_2$的各向异性电子结构对MOSFET输运性质的各向异性起着关键作用。我们发现，根据国际器件与系统路线图（IRDS）2020年高性能器件目标，5.2 nm栅长n型MOSFET具有超过3700 μ A/μ m的超高通态电流，这得益于高度各向异性的电子有效质量。此外，单层$β$-TeO $_2$ MOSFET在通态电流、亚阈值摆幅、延迟时间和功率延迟积方面均能满足IRDS 2020的高性能和低功耗器件目标。这项研究揭示了单层$β$-TeO $_2$作为一个有前途的候选人，在未来的纳米电子学超规模的设备。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Control of absorption of monolayer MoS$_{2}$ thin-film transistor in one-dimensional defective photonic crystal
从理论上研究了一维缺陷光子晶体（d-1DPC）中单层$_{2}$的光吸收和透射特性。研究表明，强干涉效应降低了微腔特定区域的光子密度。d-1 DPC能降低单层MoS $_{2}$的光吸收，增强光透过率。研究了单层MoS $_{2}$与有机发光二极管位于同一微腔内时，单层MoS $_{2}$的光吸收对光子局域化效应的影响.然而，单层MoS $_{2}$并不通过调节单层MoS $_{2}$在微腔中的位置来降低光的局域化效应。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Reproducible Monolayer MoS2 Devices Free of Resist Contamination by Gold Mask Lithography
针对传统光刻工艺易污染二维材料、导致电学接触差的问题，本研究提出金掩模光刻制备法，成功制备洁净接触的单层MoS₂晶体管，验证了其无污染制备的有效性及集成电路应用潜力。
2024-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric control of spin in monolayer WSe2 field effect transistors
本文报道了单层WSe_2场效应晶体管（FET）中量子输运的第一性原理理论研究。由于强的自旋-轨道相互作用（SOI）和二维（2D）晶格的原子结构，单层WSe 2具有有趣的电子结构，在布里渊区的K和K'点附近显示出类似塞曼的上下自旋织构。在FET中，栅极电场诱导额外的外部可调谐SOI，其将自旋重新定向成Rashba状织构，从而实现对自旋的电控制。量子输运通过自旋织构来调制，即通过栅极沟道区域之后的载流子的自旋取向是否与FET漏极电极的自旋取向匹配或不匹配来调制。FET中的载流子电流被标记为自旋指数和谷指数，从而在同一器件中实现自旋电子学和谷电子学。
2013-10-07 cond-mat.mes-hall
Field-Effect Transistor Based on MoSi$_2$N$_4$ and WSi$_2$N$_4$ Monolayers Under Biaxial Strain: A Computational Study of the Electronic Properties
研究了在双轴应变下，以MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$两种不同结构的单层膜作为沟道材料的场效应晶体管的电子特性.能带结构表明这些化合物是具有间接带隙的半导体。它们的带隙可以通过施加面内双轴应变来调节。在下文中，探索谷的能量和相应的有效质量相对于应变的变化。最后，应变MoSi $_2$ N $_4$或WSi $_2$ N $_4$被用作p型FET的沟道，并探索了相应的电流-电压特性。结果表明，该FET的$\mathrm{_{ON}}$ /$\mathrm{_{OFF}}$比大于$\mathrm{10^6}$，亚阈值摆幅在96-98 mV/dec范围内。比较了这些化合物的$\mathrm{_{ON}}$ /$\mathrm{_{OFF}}$比随应变的变化。
2021-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ambipolar Light-Emitting Transistors on Chemical Vapor Deposited Monolayer MoS2
我们实现和研究离子液体栅场效应晶体管（FET）的大面积二硫化钼单层化学气相沉积（CVD）生长。在电子积累下，这些器件的性能与基于剥离薄片的FET的性能相当。然而，CVD生长的材料上的FET表现出明显的双极传输，这对于二硫化钼单层以前没有报道过。我们利用这一特性直接从器件传输曲线估计单层MoS 2的带隙Δ，发现Δ $\approx$为2.4-2.7 eV。在双极注入制度中，我们观察到由于激子复合在二硫化钼的电致发光，起源于该区域接近空穴注入接触。所观察到的输运性质和电致发光的行为都可以一致地理解为由于在价带顶部上方250-300 meV的能量处存在缺陷态，其充当空穴的深陷阱。我们的研究结果具有技术相关性，因为它们表明，具有有用的光电功能的器件可以在通过可控和可扩展技术生产的大面积二硫化钼单层上实现。
2016-02-04 cond-mat.mes-hall
Performance limits projection of black phosphorous field-effect transistors
本文研究了单层黑磷场效应晶体管的弹道器件性能。由于载流子的各向异性效应质量，导通电流取决于输运方向。有效质量在“扶手椅”方向上较低，这在相同偏置下提供较高的驱动电流。空穴的各向异性程度更高，这提高了p型器件的性能。在通断电流比为4个数量级时，20 nm BP FET的本征延迟在50 fs范围内。由于高度各向异性的能带结构，单层BP FET在n型和p型器件的弹道性能极限方面优于MoS $_2$和Si FET。
2014-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing top-gated field effect transistor of reduced graphene oxide monolayer made by dielectrophoresis
我们展示了介电泳还原氧化石墨烯（RGO）单层（石墨烯）制成的顶栅场效应晶体管。典型尺寸为5μm x 5μm的RGO薄片的拉曼光谱在2687 cm-1处显示出单个2D带，这是单层石墨烯的特征。RGO薄片的两个探针电流-电压测量，使用交流电压以2.5 μm的间隙沉积在图案化电极之间。介电电泳显示欧姆行为，电阻为~ 37 k Ω。在305 K至393 K温度之间测量的RGO电阻（R）的温度依赖性产生了电阻温度系数[dR/dT]/R ~ -9.5x10-4 K-1，与机械剥离的单层石墨烯相同。场效应晶体管的动作是通过电化学顶栅使用固体聚合物电解质（PEO + LiClO 4）和Pt线。观察到石墨烯薄片的双极性性质高达~ 6x 1012/cm 2的掺杂水平和~ 50 cm 2 V-1 sec-1的载流子迁移率。采用扩散输运模型定量分析了在高源漏电压下，源漏电流特性呈现出电流饱和的趋势。
2010-05-13 cond-mat.mes-hall
A WSe2 vertical field emission transistor
我们报告的第一次观察到的栅控场发射电流从钨二硒化物（WSe 2）单层，SiO2/Si衬底上的化学气相沉积合成。镍接触WSe 2单层背栅晶体管，在高真空下，表现出n型导电和漏偏置依赖的传输特性，这是由于氧/水解吸和漏诱导肖特基势垒降低，分别。栅极调谐的n型导电能够实现场发射，即通过量子隧穿提取电子，甚至从WSe 2单层的平坦部分。电子发射在电场~100 V μm^（-1）下发生，并表现出良好的时间稳定性。值得注意的是，场发射电流可以由背栅电压调制。第一场发射垂直晶体管的基础上WSe 2单层，从而证明，可以铺平道路，以进一步优化新的WSe 2为基础的设备用于真空电子。
2018-08-18 cond-mat.mes-hall
High Current Density in Monolayer MoS$_2$ Doped by AlO$_x$
半导体在晶体管、光电子学和热电学中的应用需要稳定的掺杂。然而，这对于二维（2D）材料是具有挑战性的，其中现有方法要么与常规半导体处理不兼容，要么引入时间依赖性滞后行为。在这里，我们表明，低温（< 200 $^\circ$ C）的亚化学计量的AlO $_x$提供了一个稳定的n掺杂层的单层MoS $_2$，与电路集成兼容。该方法在通过化学气相沉积生长的单层MoS $_2$的晶体管中实现了> 2 × 10 $^{13}$ 1/cm $^2$的载流子密度、低至约7 kOhm/sq的薄层电阻和约480 Ohm.um的良好接触电阻。我们还达到了近700 μ A/μ m（>110 MA/cm $^2$）的记录电流密度在这个三原子厚的半导体，同时保持晶体管的开/关电流比> $10^6$。最大电流最终受到自热的限制，并且在器件散热更好的情况下可以超过1 mA/um。这种掺杂的MoS $_2$器件的截止电流为0.1 nA/um，接近国际技术路线图所要求的几个低功率晶体管指标
2020-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Proximity effects in bilayer graphene on monolayer WSe$_2$: Field-effect spin-valley locking, spin-orbit valve, and spin transistor
从第一性原理出发，研究了双层石墨烯对单层WSe $_2$的邻近轨道和自旋轨道效应.我们发现，内置的电场诱导的双层石墨烯的轨道带隙约为10 meV。值得注意的是，接近自旋轨道分裂的空穴是两个数量级-自旋轨道分裂的价带在K是约2毫电子伏-比电子。有效地，由于下石墨烯层与WSe $_2$的强烈接近，空穴经历自旋谷锁定。然而，施加大约1 V/nm的外部横向电场，对抗异质结构的内建场，完全逆转了这种效应，并且对于空穴，允许电子以2 meV的自旋轨道分裂被自旋谷锁定。这种行为构成了高效的场效应自旋轨道阀，使得WSe $_2$上的双层石墨烯成为场效应自旋晶体管的潜在平台。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall
Fast transient charge trapping in salt-aided CVD synthesized monolayer MoS2 field-effect transistor
原子级薄的半导体在信息和通信技术中具有多方面的未来应用，以实现电子元件的最终小型化。特别是，正在进行的研究不仅需要大规模合成的原始质量单层二硫化钼，但也先进的纳米纤维和表征方法的内在器件性能的调查。在这里，我们进行了细致的调查的快速瞬态电荷捕获机制的场效应晶体管（FET）的高品质的CVD二硫化钼单层生长的盐驱动的方法。为了展现晶体管的本征特性，采用幅度扫描脉冲I~V方法，改变脉冲宽度。通过施加最短脉冲，实现了场效应迁移率高达~100%的显着增加以及无载流子传输特性。此外，关联这些结果，单脉冲时域漏电流分析进行释放的快速和缓慢的瞬态电荷捕获现象。此外，严格的密度泛函理论（DFT）的计算进行检查的肖特基势垒和金属诱导的间隙状态之间的漏/源电极和MoS 2的优良的载流子输运的影响。我们的研究结果的可控瞬态电荷捕获机制，估计本征场效应迁移率和无掺杂的盐辅助CVD生长的二硫化钼场效应晶体管的转移特性将有利于未来的设备应用在复杂的存储器，逻辑和传感器系统。
2020-10-05 cond-mat.mes-hall
Extrinsic Origin of Persistent Photoconductivity in Monolayer MoS2 Field Effect Transistors
最近发现的二硫化钼（MoS2）的光响应显示了相当大的潜力，这些二维过渡金属dichalcogenides的光电应用。在MoS2的各种类型的光响应中，已经报道了不同水平的持续光电导（PPC）。然而，尽管PPC效应对材料的光响应具有重要意义，但对MoS2中PPC效应及其机制的详细研究仍然不可用。在这里，我们提出了一个系统的PPC效应在单层二硫化钼的研究，并得出结论，该效果可以归因于随机本地化的设备中的电位波动。值得注意的是，电位波动源自基于PPC的衬底效应的外部源。此外，我们指出了在二硫化钼的PPC效应和二硫化钼的逾渗输运行为之间的相关性。我们展示了一种独特而有效的方法来控制单层MoS2中的PPC效应，这可能会为未来基于MoS2的光电应用提供新的功能。
2015-05-20 cond-mat.mes-hall
Drift-diffusion model for single layer transition metal dichalcogenide field-effect transistors
提出了一种计算单层过渡金属二硫属化物（TMD）场效应晶体管（FET）表面电势和漏电流的物理模型。考虑到原子层厚TMD的二维态密度及其对量子电容的影响，建立了表面势模型。其次，考虑到载流子沿单层TMD传输的漂移扩散机制，导出了漏电流的显式表达式。该模型已基准与测量的原型晶体管。基于该模型，针对低功耗应用的器件设计窗口进行了讨论。
2012-07-12 cond-mat.mes-hall
A facile direct device transfer of monolayer MoS2 towards improvement in transistor performances
提出一种PMMA辅助无刻蚀单步直接器件转移（DDT）方法，实现无残留单层MoS2沟道与金属电极的完整转移，有效减弱费米钉扎效应并显著提升晶体管性能。
2023-09-15 cond-mat.mes-hall
Transistors based on Novel 2-D Monolayer Semiconductors Bi2O2Se, InSe, and MoSi2N4 for Enhanced Logic Density Scaling
本研究针对逻辑密度缩放的需求，筛选出InSe、Bi₂O₂Se、MoSi₂N₄三种适用于1 nm栅长晶体管的二维半导体，通过第一性原理结合自洽弹道量子输运模型模拟，明确了各材料的器件性能优势，验证了12 nm沟道下的应用可行性。
2024-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-performance two-dimensional p-type transistors based on GaSe layers: an ab-initio study
通过从头计算研究了超尺度GaSe场效应晶体管。3nm长的GaSe单层膜表现出优异的性能，具有降低的短沟道效应和相当高的导通电流。这样的器件特性是由于价带边缘形状，其导致在传输方向上非常重的空穴并且最终抑制带内隧穿，这对于在关断状态下的正确操作是有害的。
2018-06-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Promising Properties of Sub-5 nm Monolayer MoSi2N4 Transistor
二维（2D）半导体由于自然钝化和原子级薄沟道而吸引了巨大的兴趣，其可以促进持续的晶体管缩放。然而，具有高性能的空气稳定的2D半导体是相当难以捉摸的。最近，已经成功地制造了极其空气稳定的MoSi 2N 4单层[Hong等人，Science 369，670（2020）]。为了进一步揭示其在亚5 nm MOSFET中的潜在应用，迫切需要开发集成电路。在这里，我们报告的第一性原理量子输运模拟的性能限制的n型和p型亚5纳米单层（ML）MoSi 2N 4金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。我们发现MoSi_2N_4 MOSFET的通态电流可以通过栅极长度和衬底长度（UL）以及掺杂浓度来有效地控制。非常引人注目的是，我们还发现，优化的n型器件的通态电流可以分别达到1390和1025 uA/um的高性能（HP）和低功耗（LP）的应用，这两个满足国际技术路线图半导体（ITRS）的要求。而优化后的通态电流可以满足p型器件的低功耗应用（348 uA/um）。最后，我们发现MoSi_2N_4 MOSFET具有超低的亚阈值摆幅和功率延迟积，具有实现高速低功耗器件的潜力。我们的研究结果表明，MoSi 2N 4是一种理想的2D通道材料，为未来的竞争超尺度器件。
2021-11-26 cond-mat.mes-hall
Mobility in Graphene Double Gate Field Effect Transistors
在这项工作中，双门场效应晶体管制造的单层石墨烯进行了研究。除了通过手动剥离的石墨烯沉积之外，应用常规的自上而下的CMOS兼容工艺。比较了单栅和双栅石墨烯场效应晶体管中的载流子迁移率。即使在双栅极石墨烯FET中，载流子迁移率也在几乎整个测量范围内超过硅的通用迁移率。在可比的尺寸下，超薄体绝缘体上硅MOSFET的迁移率无法与石墨烯FET值竞争。
2008-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling of Two-Dimensional Semiconductor Nanoribbons for High-Performance Electronics
Purdue University（普渡大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Nexstrom Pte. Ltd.（Nexstrom私人有限公司）；Dankook University（丹阳大学）
本研究通过单层MoS2纳米带实现超小尺度晶体管，提升通态电流和亚阈值斜率，扩展至WS2和WSe2，为未来高性能电子器件提供新路径。
2026-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
All Electrical Control and Temperature Dependence of the Spin and Valley Hall Effect in Monolayer WSe2 Transistors
基于重金属的二维范德华材料具有大的、耦合的自旋和谷霍尔效应（SVHE），其在自旋电子学和谷电子学中具有潜在的用途。SVHE的光学测量主要是在30 K以下进行的，并且对SVHE诱导的自旋/谷极化的理解是有限的。在这里，我们研究了单层p型二硒化钨（WSe 2）中的SVHE。克尔旋转（KR）测量显示的SVHE在不同温度下的空间分布，其持久性高达160 K，它可以通过栅极和漏极偏置电调制。自旋/谷漂移和扩散模型与反射谱数据一起被用来解释KR数据，并预测在90 K以下的下限自旋/谷寿命为4.1 ns，在160 K下为0.26 ns。沿边缘的每单位长度的过量自旋和谷被计算为在45 K下每微米109，这对应于边缘上的6%的自旋/谷极化。这些结果是走向实际使用的SVHE的重要步骤。
2022-02-23 cond-mat.mes-hall
Liquid Metal Printed Ultrathin Oxides for Monolayer WS2 Top-Gate Transistors
二维（2D）半导体是用于互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑电路的持续缩小尺寸的有前景的沟道材料。然而，它们的全部潜力仍然受到缺乏可扩展的高k晶体管的限制，这些高k晶体管可以实现原子级光滑的界面、小的等效氧化物厚度（EOT）、出色的栅极控制和低漏电流。在这里，我们报告了用于2D电子和电光器件的液态金属印刷的氧化物和可扩展的Ga 2 O3电介质。我们直接可视化的原子光滑的Ga 2 O3/WS 2接口，使液态金属印刷的保形性。我们证明了原子层沉积兼容性与高k Ga 2 O3/HfO 2顶栅电介质堆叠化学气相沉积生长单层WS 2，实现EOTs的~1 nm和亚阈值摆幅下降到84.9 mV/dec。栅极漏电流是在超规模低功耗逻辑电路的要求。我们的研究结果表明，液态金属印刷氧化物可以弥合下一代纳米电子学2D材料可扩展介电集成的关键差距。
2022-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning the pH Response of Monolayer Hexagonal Boron Nitride/Graphene Field-Effect Transistors
电离氢的化学活性描述了溶液中质子的效力，并用于定义pH值，在生物和材料科学中具有广泛的应用。过去已经描述了用石墨烯场效应晶体管（FET）测量pH，但是还没有用单层六方氮化硼（hBN）覆盖层来表征。假设hBN封端降低了质子对石墨烯晶体中氧化缺陷的化学亲和力，并通过筛选电荷密度降低了pH测量的标准偏差。首先，将商业单层石墨烯和单层hBN/石墨烯的电子性质（均在4英寸90 nm SiO2/p型Si上）作为10 mM磷酸盐缓冲溶液中的溶液pH的函数进行对比。二维（2D）FET的制造与光刻胶无金属化，然后通过微量离心管掩蔽和反应离子蚀刻，以定义一个准纯的2D感测台面的pH值传感。此后，将器械暴露于不同pH值的磷酸盐缓冲液中，并测量阻力和液体转移特性。hBN/graphene/SiO2 FET具有更高的线性度，以及比单层graphene/SiO2更低的标准偏差和狄拉克电压漂移范围。然后，在微量离心管掩蔽之前，通过电子束沉积用9 nm的Al 2 O3涂覆新鲜金属化的装置。Al 2 O3/石墨烯/SiO2和Al 2 O3/hBN/石墨烯/SiO2器件在用NaOH碱性蚀刻Al 2 O3之前和之后显示出对磷酸盐缓冲溶液的pH的改变的响应（pH = 12）。这促使通过原子层沉积研究作为Al 2 O3厚度的函数的2D器件的pH依赖性。这些结果表明，用纳米级石墨烯修饰单层石墨烯的表面能够调节石墨烯pH传感器…
2022-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
P-type Ohmic contact to monolayer WSe2 field-effect transistors using high electron affinity amorphous MoO3
1莫纳什大学物理与天文学院，澳大利亚维多利亚州克莱顿3800 2澳大利亚研究委员会未来低能耗电子技术卓越中心（FLEET），莫纳什大学，澳大利亚维多利亚州克莱顿3800 3哥伦比亚大学机械工程系，美国纽约州纽约10027 4应用物理与应用数学系，哥伦比亚大学，纽约州纽约市10027，美国5墨尔本大学物理学院，墨尔本，VIC 3010，澳大利亚6国立材料科学研究所功能材料研究中心，筑波市并木1-1，邮编305-0044，日本7国立材料科学研究所纳米材料结构国际中心，8澳大利亚悉尼2052新南威尔士大学物理学院9国立台湾大学凝聚态科学中心和原子新材料研究中心台北106 10莫纳什大学原子薄材料研究中心澳大利亚克莱顿3800
2022-06-22 cond-mat.mes-hall
Junction-Less Monolayer MoS2 FETs
本文介绍了单层二硫化钼（MoS2）为基础的无结（JL）场效应晶体管（FET），并评估其性能在最小的可预见的（5.9 nm）晶体管沟道长度根据国际半导体技术路线图（ITRS），采用严格的量子输运模拟。通过与传统的基于MoS2的FET的比较，发现JL结构自然地赋予MoS2 FET优异的器件静电特性，以及对于高性能和低待机功率应用的更高的导通电流，特别是在高杂质掺杂密度下。除了MoS2结型场效应晶体管的优点外，杂质散射引起的结型场效应晶体管载流子迁移率下降的影响也被强调为开发其独特功能所要解决的关键技术问题。
2015-09-02 cond-mat.mes-hall
Nonvolatile spin field effect transistor based on VSi2N4/Sc2CO2 multiferroic heterostructure
本文通过第一性原理计算提出基于VSi2N4/Sc2CO2多铁异质结的非易失性自旋场效应晶体管，利用铁电极化反转实现半金属到半导体的转变，并在0.02 V偏压下获得约650%的开关电流比，为低能耗非易失性FET器件提供了新路径。
2024-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain-Enhanced Mobility of Monolayer MoS2
应变工程是调整半导体特性的重要方法，几十年来一直用于提高硅晶体管的迁移率。最近，理论研究已经预测，应变也可以提高二维（2D）半导体的迁移率，例如通过减少谷间散射或降低有效质量。在这里，我们的实验表明，应变增强的电子迁移率在单层二硫化钼晶体管与单轴拉伸应变，在柔性基板上。当拉伸应变达到0.7%时，通态电流和迁移率几乎增加一倍，应变释放后，器件恢复到初始状态。我们还显示了一个栅电压依赖的规范因子高达200单层二硫化钼，这是高于以前的值报告的子1纳米薄压阻膜。这些结果证明了应变工程2D半导体对于集成电路性能增强或柔性应变传感器等应用的重要性。
2022-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Bilayer h-BN Barriers for Tunneling Contacts in Fully-Encapsulated Monolayer $\mathbf{MoSe_2}$ Field-Effect Transistors
基于二维半导体（2D SC）的电子和自旋电子器件的性能在很大程度上取决于金属/SC电接触的质量和电阻，以及SC沟道的固有特性的保持。直接金属/SC相互作用的结果在高阻接触，由于形成大的肖特基势垒和显着影响的2D SC的属性。在这项工作中，我们解决这两个重要的问题，在单层$\mathrm{MoSe_2}$场效应晶体管（FET）。我们用六方氮化硼（h-BN）封装$\mathrm{MoSe_2}$通道，在金属/SC界面处使用双层h-BN。双层h-BN消除了金属/$\mathrm{MoSe_2}$的化学相互作用，保留了$\mathrm{MoSe_2}$的电学性质，并通过防止费米能级钉扎来降低接触电阻。我们研究了单层$\mathrm{MoSe_2}$ FET中的电输运，即使在室温下也能产生接近本征电子迁移率（$\approx 26\ \mathrm{cm^2 V^{-1} s^{-1}}$）的电输运。此外，我们实验研究了通过金属/h-BN/$\mathrm{MoSe_2}$隧道接触的电荷传输，我们明确表明，h-BN的介电双层提供了高效的门控（调谐费米能）的$\mathrm{MoSe_2}$沟道在接触区，即使在小的偏压。此外，我们提供了一个理论模型，允许理解和再现的接触的实验$I-V$特性。这些观察给出了对金属/h-BN/2D SC异质结构的电学行为的洞察，并引入双层h-BN作为允许低能量电荷…
2018-06-23 cond-mat.mes-hall
Quantized Conductance and Field-Effect Topological Quantum Transistor in Silicene Nanoribbons
硅烯是一种量子自旋霍尔绝缘体，在外加电场（如电场、光辐射和反铁磁序）的作用下，硅烯会发生拓扑相变。我们研究了硅烯纳米带的电子和输运性质的基础上的Landauer形式。我们建议通过测量态密度和电导来确定拓扑相变。电导是量子化的，当系统转换到不同的相位时，电导的值会发生变化。我们表明，硅烯纳米粒子附近的零能量作为场效应晶体管。该晶体管是鲁棒的，但它利用了最小的量化电导，因为零能量的边缘状态的拓扑保护。我们的发现为未来的拓扑量子器件开辟了一条新的途径。
2013-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large-signal model of the bilayer graphene field-effect transistor targeting radio-frequency applications: theory versus experiment
双层石墨烯是一种很有前途的射频晶体管材料，因为它的能隙可能导致比单层石墨烯更好的电流饱和。由于对该技术的极大兴趣，特别是对于灵活的射频应用，因此获得对该技术的控制需要制定用于漏极电流、电荷和电容的适当模型。在这项工作中，我们已经开发了他们的双栅双层石墨烯场效应晶体管。考虑到双层石墨烯的电子性质，结合适当的场效应模型，考虑了载流子输运的漂移扩散机制。考虑到在金属-双层石墨烯界面处形成肖特基势垒，已经包括了非本征电阻。所提出的模型已基准对实验原型晶体管，讨论的主要数字的优点，针对射频应用。
2015-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low Resistance Ohmic Contact to P-type Monolayer WSe2
针对p型单层WSe2接触电阻高且取代掺杂失效的问题，本文利用WSe2/α-RuCl3异质结构的III型能带排列实现高空穴掺杂，获得室温低阻欧姆接触并制成高性能p型晶体管。
2023-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultralow Schottky Barriers in hBN-Encapsulated Monolayer WSe$_2$ Tunnel Field-Effect Transistors
为了探索基于二维半导体沟道（SC）单层的场效应晶体管（FET）在自旋电子学中的应用潜力，两个最重要的问题是确保形成可变的低电阻隧道铁磁接触（FC）和在制造过程中保持SC的本征特性。大的肖特基势垒导致形成高阻接触和方法，采用控制的障碍往往会改变SC的固有特性。这项工作的目的是解决这两个问题，在完全封装的单层WSe $_2$场效应管通过使用双层h-BN作为隧道势垒在FC/SC接口。我们研究了单层WSe $_2$ FET中的电输运，该FET具有面内电流几何形状，在240 K下产生空穴迁移率$\sim$ 38.3 $cm^{2}V^{-1}s^{-1}$，开/关比为10 $^7$的数量级，受接触区域的限制。我们已经实现了超低有效的肖特基势垒（$\sim$ 5.34 meV）与封装的隧穿器件，而不是一个非封装的设备，其中的势垒高度相当高。这些观察提供了对FC/h-BN/SC/h-BN异质结构的电学行为的洞察，并且对势垒高度的这种控制开辟了基于WSe $_2$的自旋电子器件的可能性。
2020-04-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Impact of Contact Gating on Scaling of Monolayer 2D Transistors Using a Symmetric Dual-Gate Structure
本文采用对称双栅结构研究接触栅控对单层MoS₂晶体管的影响，通过接触栅控因子量化其作用，发现长沟道器件导通态性能提升2倍，缩放尺寸下提升5倍且传输长度减少70%，确立其为2D FET性能的关键决定因素。
2025-11-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Fundamental miniaturization limits for MOSFETs with a monolayer MoS$_2$ channel
我们提出了一个理论模型来描述一个晶体管的操作与二硫化钼单层通道，它允许获得一个解析近似的潜在的通道。该电位取决于漏极和栅极电压。在此基础上，我们估计的最小通道长度，由于量子隧穿通过势垒的基本限制。结果表明，相对较大的有效质量的电子在MoS 2单层允许预测创建一个显着较短的（2.5 - 3 nm）的长度比传统的硅MOSFET的沟道的设备。这些器件有望成为新一代超快电子器件。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transistor concepts based on lateral heterostructures of metallic and semiconducting phases of MoS$_2$
在本文中，我们提出了两个晶体管的概念的基础上横向异质结的单层MoS $_2$，由相邻区域的1T（金属）和2H（半导体）相，最近的研究表明，通过电子束照射获得这种异质结的可能性的启发。第一个概念，横向异质结构场效应晶体管，表现出更好的性能相对于预见的CMOS技术的发展，无论是高性能和低功耗应用的潜力。性能潜力已通过详细的多尺度材料和设备模拟进行了评估。第二个概念，平面barristor，也表现出潜在的竞争力与CMOS的性能，和改善的数量级的主要数字的优点相对于最近提出的垂直barristor。
2018-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Study of Phosphorene Tunneling Field Effect Transistors
本工作通过自洽原子量子输运模拟研究了基于磷烯的隧穿场效应晶体管的器件性能。Phosphorene是一种超薄的二维（2-D）材料，具有直接带隙，适用于TFT应用。我们的模拟结果表明，磷烯TFTs表现出低于60 mV/dec的亚阈值斜率（SS）和宽范围的导通电流取决于输运方向，由于磷烯的高度各向异性能带结构。通过与单层MoTe 2 TFR 4的基准测试，我们预测磷烯TFR 4在小有效质量方向上取向可以在相同的导通电流/截止电流比下产生比单层MoTe 2 TFR 4大得多的导通电流。还观察到，需要栅极下重叠结构来在小有效质量方向上按比例缩小磷烯TFm，以抑制源极到漏极的直接隧穿漏电流。
2015-02-14 cond-mat.mes-hall
Unexpected Electron Transport Suppression in a Heterostructures Graphene MoS2 Multiple Field-Effect Transistor Architecture
我们展示了石墨烯-MoS 2架构集成多个场效应晶体管，我们独立地探测和关联的导电性能的范德华耦合石墨烯-MoS 2接触的MoS 2通道。器件的制造从高质量的单晶单层化学气相沉积生长和扫描拉曼和光致发光光谱的特点。将二硫化钼的跨导曲线与石墨烯接触条纹的电流-电压特性进行比较，揭示了对MoS 2曲线的n侧上的传输的显著抑制。基于从头算建模，该效应被理解为硫空位的捕获，这与直觉相反地取决于场效应，即使石墨烯接触层位于背栅和MoS 2沟道之间。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band Tail States: Speed Bump or End of the Road for Two-Dimensional Semiconductors?
Stanford University（斯坦福大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；Univ. Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CEA, Leti（法国原子能和替代能源委员会柳特研究院）；Université Catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）
该研究针对二维半导体的带尾态问题，建立物理电学模型，提出缓解带尾态影响的方法，为其在低功耗纳米电子学中的应用提供理论框架与设计指南。
2026-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
