Two-dimensional hole precession in an all-semiconductor spin field effect transistor
我们提出了一个自旋场效应晶体管实现在量子阱中形成的p-掺杂铁磁半导体-非磁性半导体-铁磁半导体混合结构的理论研究。基于在晶体管的各个区域中的空穴带的一个双函数的方法，我们推导出完整的理论，通过设备的相干传输，其中包括重和轻空穴子带，适当的建模界面处的模式匹配，集成注入角，Rashba自旋进动，由于多次反射的干扰效应，和栅极电压的依赖性。器件电流作为外部可调参数的函数的数值结果与近似解析公式非常吻合。
2004-01-26 cond-mat.mes-hall
A Nanometer-Thick Oxide Semiconductor Transistor with Ultra-High Drain Current
高驱动电流是用于高速、低功率逻辑应用或高效率、高功率、高速射频（RF）模拟应用的半导体器件中的关键性能参数。在这项工作中，我们展示了在后端线（BEOL）兼容的温度下通过原子层沉积（ALD）生长的In 2 O 3晶体管，具有超过10 A/mm的创纪录的高漏极电流，其性能比所有已知的半导体沟道晶体管好2-3倍。在具有平面结构的所有晶体管中，也实现了4 S/mm的创纪录的高介电常数。结果表明，高载流子密度和高电子速度是ALD In 2 O3晶体管实现高通态性能的重要因素，这主要得益于高质量的氧化物/氧化物界面、类金属的电荷中性能级（CNL）取向以及低态密度（DOS）导致的高能带速度。在室温下进行的霍尔、I-V和分裂C-V实验测量证实，载流子密度高达6-7*10^13 /cm 2，速度约为10^7 cm/s。具有位于导带深处的CNL的超薄氧化物半导体代表了为高性能半导体器件寻找替代沟道材料的有希望的新方向。
2022-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gate-tunable large magnetoresistance in an all-semiconductor spin-transistor-like device
二维电子系统（2DES）的大自旋相关和电场可调的磁电阻效应是实现许多自旋电子器件新概念的关键因素。在过去几十年中，在具有铁磁（FM）源极（S）和漏极（D）接触之间的横向半导体（SC）传输沟道的器件中观察到的低磁阻已经成为实现自旋场效应晶体管提议的主要障碍。在这里，我们展示了两个，一个大的两端磁阻在横向2DES为基础的自旋阀的几何形状，高达80%的电阻变化，和可调谐的磁阻由一个电动门。大的磁阻是由于FM/SC界面处的有限电场效应，其促进自旋到电荷转换。我们使用的门控方案是基于单向和双向自旋扩散之间的切换，而不诉诸自旋轨道耦合。
2017-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diminished Short Channel Effects in Nanoscale Double-Gate Silicon-On-Insulator Metal-Oxide- Semiconductor Field-Effect-Transistors due to Induced Back-Gate Step Potential
在这封信中，我们讨论了如何在亚100 nm沟道范围内的短沟道行为，可以通过诱导在非对称双栅（DG）绝缘体上硅（SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的背栅阶跃表面电位分布，其中前栅由两种具有不同功函数的材料组成。
2010-08-18 cond-mat.mes-hall
Interband Tunneling in 2D Crystal Semiconductors
半导体中电子的带间量子隧穿作为隧穿场效应晶体管的基本输运机制，近年来引起了人们的极大兴趣。这样的晶体管可以潜在地以比它们的常规对应物更低的能量执行电子开关。最近出现的二维半导体晶体为实现这种器件提供了一个新材料平台。在这项工作中，我们推导出一个解析表达式理解隧道电流在二维晶体半导体。我们将结果应用到一系列的二维晶体半导体，并将其与三维半导体中的隧穿电流进行比较。我们还讨论了隧道器件的影响。
2013-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall effect transistor
自旋晶体管和自旋霍尔效应一直是半导体自旋电子学研究的两个独立的主导方向，半导体自旋电子学为信息处理技术寻找新的范例。我们将这两个方向结合起来，实现了全半导体自旋霍尔效应晶体管。我们的方案规避了原来的Datta-Das自旋晶体管概念的超导体-铁磁体界面问题，并展示了自旋霍尔效应在微电子学中的实用性。所述装置使用扩散传输并且在没有电流的情况下操作，即，而在晶体管的有源部分中没有焦耳加热。我们展示了一个自旋与逻辑功能的半导体沟道与两个门。我们的实验研究的补充，通过晶体管沟道的自旋扩散的数值蒙特卡罗模拟。
2010-08-17 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
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
A Ferroelectric Semiconductor Field-Effect Transistor
铁电场效应晶体管采用铁电材料作为栅极绝缘体，其极化状态可以使用器件的沟道电导来检测。因此，这些器件具有在非易失性存储器技术中使用的潜力，但是具有短的保持时间，这限制了它们的更广泛的应用。本文报道了一种铁电半导体场效应晶体管，它采用二维铁电半导体硒化铟（α-In_2Se_3）作为沟道材料。选择α-In 2Se 3是因为它具有合适的带隙、室温铁电性、将铁电性保持到几个原子层的能力以及大面积生长的潜力。为了保护和提高晶体管的性能，提出了一种基于原子层沉积氧化铝（Al 2 O3）的钝化方法。采用厚度为15 nm的氧化铪（HfO 2）作为缩小的栅极介质，所得到的器件具有高性能、大存储窗口、超过108的高开/关比、862 μA μm-1的最大导通电流和低电源电压。
2020-01-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
An observation of spin-valve effects in a semiconductor field effect transistor: a novel spintronic device
我们提出了第一个自旋电子半导体场效应晶体管。该器件的注入极和集电极接触由具有不同矫顽场的磁性坡莫合金薄膜制成，使得它们可以在不同的外加磁场中彼此平行或反平行磁化。导电介质是在AlSb/InAs量子阱中形成的二维电子气（2DEG）。从这个设备的数据表明，它的电阻是由两种不同类型的自旋阀效应控制：第一个发生在铁磁-2DEG接口;和第二发生在接触之间的直接传播。
1999-02-03 cond-mat.mes-hall
Interplay between resonant tunneling and spin precession oscillations in all-electric all-semiconductor spin transistors
我们研究了耦合到两个量子点接触的自旋晶体管作为自旋注入器和检测器的传输特性。在Fabry-Perot机制中，传输由隧道势垒之间形成的准束缚态介导。有趣的是，Rashba类型的自旋-轨道相互作用可以通过这样一种方式进行调节，即非均匀的Rashba场可以在样品的不同点上指向不同的方向。我们讨论了自旋守恒和自旋翻转转变的自旋轨道角的方向增加，从平行到反平行配置。自旋进动振荡被清楚地看作是中央通道长度的函数。值得注意的是，我们发现，这些振荡与法布里-珀罗运动相结合，产生准周期传输在纯一维的情况下。此外，我们考虑了更现实的情况下，在横向方向上的有限宽度，并发现相干振荡变得恶化为中等值的自旋轨道强度。我们的研究结果，然后确定的确切作用的Rashba子带间耦合势的法布里-珀罗-Datta-Das混合振荡。
2016-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band-to-band tunneling in a carbon nanotube metal-oxide-semiconductor field-effect transistor is dominated by phonon assisted tunneling
带到带隧穿（BTBT）器件由于其在降低集成电路中的功率耗散方面的潜力而近来获得了很多关注。我们已经进行了广泛的模拟碳纳米管金属氧化物半导体场效应晶体管（CNT-MOSFET）的BTBT操作使用非平衡格林函数形式主义的弹道和耗散量子输运。与最近报道的实验数据（Y. Lu等人，J. Am.美国化学学会，v. 128，p.3518 -3519，2006），我们已经获得了强有力的证据，证明CNT-MOSFET中的BTBT由光学声子辅助的非弹性输运主导，这可能对晶体管特性具有重要影响。结果表明，在大的偏置条件下，两个声子散射也可能变得重要。
2007-03-19 cond-mat.mes-hall
Hole spin resonance and spin-orbit coupling in a silicon metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
本文研究p沟道硅金属氧化物半导体场效应晶体管中的空穴自旋共振。在亚阈值区，测得的源漏电流揭示了沟道中的双点。所观察到的自旋共振谱符合强耦合双自旋态的自旋轨道诱导的反交叉的存在下的模型。在反交叉处的详细光谱显示由于自旋轨道诱导的量子态混合而抑制的自旋共振信号。这种抑制也观察到多光子自旋共振。我们的实验观察与理论计算相一致。
2017-07-11 cond-mat.mes-hall
Pseudosymmetric bias and correct estimation of Coulomb/confinement energy for unintentional quantum dot in channel of metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
我们描述了一种测量方法，该方法能够正确估计金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）沟道中无意的量子点（QD）的充电能量。如果通道具有带大充电能量的主导QD和带弱得多的充电的杂散QD阵列，则该方法通过将杂散QD视为串联电阻器来消除由于杂散QD引起的附加电压降。我们将这种方法应用于短沟道MOSFET，发现占主导地位的QD的充电能量确实可以小于库仑金刚石的尺寸。
2013-09-18 cond-mat.mes-hall
High-Voltage Field Effect Transistors with Wide-Bandgap β-Ga2O3 Nanomembranes
纳米级半导体材料已经被广泛地研究作为用于节能低功率逻辑开关的晶体管的沟道材料，以使得能够缩放到更小的尺寸。晶体管应用的另一端是功率电子，对于功率电子，需要能够切换非常高电压的晶体管。节能电源开关的小型化可以实现与各种电子系统的集成，并导致能源效率的大幅提升。纳米技术尚未在这一领域产生影响。在这项工作中，它表明，纳米膜的宽带隙半导体氧化镓可以用作能够切换高电压的晶体管的通道，并在同一时间可以集成在任何平台上。这些发现标志着朝着利用在纳米材料和纳米技术中学到的经验教训来应对该领域尚未触及的挑战迈出了一步。
2013-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin transference and magnetoresistance amplification in a transistor
半导体自旋电子学中的一个当前问题是在电路测量中实验表达自旋极化电流的影响的困难。利用自旋扩散效应在三磁端半导体沟道中的转移原理，给出了一个理论解。技术后果的一个显著结果是磁阻效应的室温放大，可与电子电路集成，通过计算电流对具有当前可实现的参数的这样的系统中的磁化配置的依赖性来证明。
2005-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Comparative Study of Chemically Synthesized and Exfoliated Multilayer MoS2 Field-Effect Transistors
我们报告实现的场效应晶体管（FET）与化学合成的多层二维晶体半导体二硫化钼。化学合成的（S-）MoS 2的电学性质，如FET迁移率、亚阈值摆幅、开/关比和接触电阻与机械剥离的（X-）MoS 2的电学性质是不可区分的，然而平带电压是不同的，可能是由于转移过程中产生的极性化学残留物。电子衍射研究和拉曼光谱显示的结构相似的s-MoS 2的x-MoS 2。这份关于s-MoS 2行为和性质的初步报告说明了使用合成层状2D晶体半导体的电子器件的可行性。
2013-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualization of Mesoscopic Conductivity Fluctuations in Amorphous Semiconductor Thin-Film Transistors
本研究利用微波阻抗显微镜对a-IGZO薄膜晶体管进行千兆赫兹电导率成像，揭示了亚阈值区域约200 nm尺度的介观电导率涨落，并通过随机势垒模型模拟了势能景观，为微观理解非晶半导体电荷传输机制提供了直观方法。
2023-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layered semiconductor devices with water top-gates: High on-off ratio field-effect transistors and aqueous sensors
层状半导体显示出作为场效应晶体管（FET）的沟道材料的前景。通常，这样的器件包括实心背栅或顶栅漏极。在这里，我们探讨去离子（DI）水作为解决方案的顶栅场效应开关的层状半导体，包括SnS 2，MoS 2，和黑磷。DI水门易于制造，可以承受快速的偏置变化，并且其与分层材料的有效耦合提供了高的开-关电流比、接近理想的亚阈值摆幅以及增强的短沟道行为，即使对于具有厚的块状沟道的FET也是如此。通过高k溶液栅极的筛选消除了由于表面和界面陷阱状态引起的滞后，并大大增强了场效应迁移率。水电解的开始在大的负栅极偏置下设定了去离子水栅极的极限。在这个制度的测量显示水的传感，在这里证明了在水溶液中的葡萄糖的安培检测的承诺。层状半导体的去离子水门可以用于新型材料和器件的研究，随着进一步的发展，它可能在微电子和传感领域得到广泛的应用。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall
Detection of a single-charge defect in a metal-oxide-semiconductor structure using vertically coupled Al and Si single-electron transistors
Al-AlO_x-Al单电子晶体管（SET）作为窄（~ 100 nm）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的栅极，在MOSFET沟道电导阈值附近的Si/SiO_2界面处可诱导出垂直取向的Si SET。通过使用这种垂直耦合的Al和Si SET系统，我们已经检测到一个单电荷缺陷，这是隧道耦合到Si SET。通过求解一个简单的静电模型，每个耦合电容的分数与缺陷的提取。结果表明，缺陷不是一个大的熔池或金属岛，但它的尺寸相当小，相当于一个半径小于1 nm的球体。缺陷的尺寸很小，说明它很可能是Si/SiO_2界面上的单电荷陷阱。基于耦合电容的比值，界面陷阱被估计为大约20 nm远离Si SET。
2009-08-18 cond-mat.mes-hall
Few Electron Limit of n-type Metal Oxide Semiconductor Single Electron Transistors
本文报道了用互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制造的n型硅单电子晶体管（SET）的电子输运特性。n-MOSSET采用工业化前的全耗尽绝缘体上硅（FDSOI）技术制造，在200 mm晶圆上硅厚度低至10 nm。通过采用电子束光刻用于有源层和栅极层图案化来获得20 $\times$ 20 nm $^{2}$的标称沟道尺寸。库仑阻塞稳定性图在4.2 K下得到精确解析，并表现出数十meV的大附加能量。采用电流自旋密度泛函理论（CS-DFT）方法模拟了量子点中电子的禁闭。CMOS技术使得能够大规模生产用于最终纳米电子学和基于量子变量的器件的SET。
2012-03-21 cond-mat.mes-hall
Gate-controlled Magnetotransport and Electrostatic Modulation of Magnetism in 2D magnetic semiconductor CrPS$_4$
针对多数二维磁性半导体能带过窄阻碍晶体管工作的问题，本研究利用带宽近1 eV的CrPS$_4$制备出低温可正常工作的场效应晶体管，测得其完整磁相图，发现栅压可大幅调控磁电导与磁态，为栅可调半金属导体提供了候选材料。
2023-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semiconductor quantum well magnetic memory using confinement from proximity exchange fields for high magnetoresistances in a field-effect transistor
针对磁隧道结室温开/关比有限的问题，提出两层铁磁绝缘体包覆半导体量子阱的器件结构，利用邻近磁化的电子限制效应调制带隙，预测室温磁阻超10000%，可实现磁忆晶体管，推动相关电路技术发展。
2025-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-based single-photon transistor, dynamic random access memory, diodes and routers in semiconductors
量子计算机和量子互联网的实现不仅需要量子门和量子存储器，还需要单光子水平的晶体管来控制编码在单光子上的信息流。单光子晶体管（SPT）是一种量子极限下的光学晶体管，它利用单个光子来打开或阻塞光子通道。与之前所有基于单光子非线性的SPT方案形成鲜明对比的是，本文提出了一种基于线性光学效应的高增益和高速（高达THz）SPT的新设计--由双面光学微腔中的单个自旋引起的巨圆双折射（GCB）。门光子通过投影测量设置自旋状态并控制光在光通道中的传播。这种自旋腔晶体管可以直接配置为二极管，路由器，DRAM单元，开关，调制器等，由于作为量子门和晶体管的二重性，自旋腔单元提供了一个理想的固态平台，为未来的互联网-全光互联网与量子互联网的混合。
2017-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sub-60 mV/decade switching in a metal-insulator-metal-insulator-semiconductor transistor without ferroelectric component
负电容场效应晶体管（NC-FET）作为陡斜率器件的有希望的候选者引起了广泛的兴趣，并且具有各种器件结构和材料系统的NC-FET中已经证明了低于60 mV/十倍的开关。然而，在这些实验中观察到的陡坡开关的详细机制正在激烈的争论中。在这里，我们表明，子60 mV/十倍开关可以观察到在WS 2晶体管的金属-绝缘体-金属-绝缘体-半导体（MIMIS）结构-没有任何铁电元件。这种结构类似于具有内部栅极的NC-FET，除了铁电层被漏电介质层代替。通过使用RC网络模型的设备表征过程中的充电动态模拟，我们表明，在我们的“无铁电”晶体管中观察到的陡斜率开关可以归因于内部栅极电压响应所选择的不同的栅极电压扫描速率。我们进一步表明，一个恒定的栅极电压扫描速率也可以导致瞬态子60 mV/十年开关的MIMIS结构与电压相关的内部栅极电容。我们的研究结果表明，仅观察到低于60 mV/十倍的开关并不足以证明真正的陡斜率开关器件的成功，实验人员需要严格评估他们的测量设置，以避免测量相关的伪影。
2020-12-01 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
Innovative Oxide Transistor Satisfying Performance and Reliability Simultaneously by Understanding of Physics and Materials Properties
本研究通过分析物理与材料特性，提出10纳米IGZO晶体管结构，同时实现高性能（高电流、高迁移率）与高可靠性（近零迟滞、极小阈值电压漂移），突破传统性能-可靠性权衡。
2025-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theory of a field effect transistor based on semiconductor nanocrystal array
研究了由球形半导体纳米晶体（NC）周期性阵列构成的场效应晶体管（FET）的表面电导率。我们发现，电子引入到NC的栅极电压占据一个或两个层的阵列。计算机模拟和分析理论被用来研究阵列屏蔽和相应的第一和第二层的电子浓度随栅极电压的增长的演变。当第一层NC每个NC具有两个电子时，其1S和1P能级之间的量子化能隙引起第二层NC的1S能级的占据。只有在较大的栅极电压下，电子才开始离开第二层NC的1S能级并填充第一层NC的1P能级。通过实质上更大的栅极电压，所有电子空出第二层并移动到第一层NC的1P能级。由于两层浓度的这种非平凡的演变，FET的表面电导率非单调地取决于栅极电压。电子浓度的相同演变导致微分电容的非单调行为。
2014-03-20 cond-mat.mes-hall
Modeling of Spin Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor: A Non-Equilibrium Green's Function Approach with Spin Relaxation
自旋金属氧化物半导体场效应晶体管（spinMOSFET）是一种将肖特基势垒MOSFET与铁磁源极和漏极接触相结合的新型自旋逻辑器件。以前的模拟研究预测，该设备应该显示一个非常高的磁阻（MR）比（平行和反平行磁化的情况之间）的情况下，半金属铁磁体（HMF）。我们使用非平衡格林函数（NEGF）的形式主义来描述隧道和载流子输运在这个设备，并将自旋弛豫在HMF半导体接口。界面处的自旋弛豫导致非理想自旋注入。少数自旋电流出现，并主导反平行磁化的漏电流。这降低了MR比，并为自旋MOSFET性能设置了实际限制。我们发现，MR饱和在一个较低的值为较小的源漏偏置。此外，自旋弛豫在检测器侧被发现是更有害的MR比在注入器侧，漏偏置小于少数自旋边缘和费米能级的能量差。
2008-09-18 cond-mat.mes-hall
Compact Modeling of Oxide-Semiconductor, 2D Material, Carbon Nanotube, and Cryogenic Transistors with Experiment Verification
Synopsys（新思科技）
本文提出统一紧凑模型，涵盖OSFET、2DFET等四类晶体管，通过电荷密度公式、输运模型等实现多场景建模，经实验验证吻合度优异，为新型晶体管建模提供统一方案。
2026-10-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Lateral heterojunctions within monolayer semiconductors
具有不同带隙的三维（3D）半导体之间的异质结是现代发光二极管、二极管激光器和高速晶体管的基础。在不同的二维（2D）半导体之间创建类似的异质结将使2D平面内的能带工程成为可能，并在材料科学、器件物理学和工程学中开辟新的领域。在这里，我们证明了无缝高质量的平面异质结可以生长在2D单层半导体MoSe 2和WSe 2之间。的结，使用物理气相传输的横向异质外延生长，在光学显微镜下可见，并显示增强的光致发光。原子分辨透射电子显微镜显示，它们的结构是一个未变形的蜂窝晶格，其中一种过渡金属被另一种过渡金属取代发生在整个界面上。这种横向结的生长将允许新的器件功能，例如面内晶体管和二极管，被集成在单个原子级薄层内。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extremely high mobility over 5000 cm2/Vs obtained from MoS2 nanosheet transistor with NiOx Schottky gate
二硫化钼（MoS 2）纳米片是一种二维半导体材料，近年来被认为是突破石墨烯等现有半导体材料极限的一种新材料。然而，其在载流子迁移率方面的潜力仍然被贬低，因为场效应迁移率仅从金属-绝缘体-半导体场效应晶体管（MISFET）测量，其中位于绝缘体/MoS 2界面处的导电载流子的输运行为受到界面陷阱和栅极电压的干扰。在这里，我们首次报道了具有NiOx肖特基电极的MoS 2基金属半导体场效应晶体管（MESFFET），其中肖特基器件的最大迁移率或载流子输运行为几乎不受通态栅极场的干扰。在-1 ~ -2 V的低阈值电压下，单层、双层和三层MoS 2的MESFET分别具有6000、3500和2800 cm 2/Vs的高迁移率。
2014-06-26 cond-mat.mes-hall
Contact Research Strategy for Emerging Molybdenum Disulfide and Other Two-Dimensional Field-effect Transistors
近年来，过渡金属二硫属化合物（TMD）的二维层状半导体结构得到了广泛的分离、合成和表征。许多2D材料由于其高迁移率和表现出的带隙而被确定为未来薄膜技术的沟道材料的潜在候选者。虽然许多TMD场效应晶体管（FET）已经被广泛展示，并取得了重大进展，以清楚地了解器件物理，在金属/半导体界面的大接触电阻仍然是一个挑战。从二维器件研究的角度来看，如何最大限度地减小肖特基势垒对接触的影响，从而降低二维材料上金属的接触电阻，是该领域进一步发展的关键。在这里，我们提出了一个审查的接触研究二硫化钼和其他TMD场效应晶体管的基本理解的金属-半导体界面上的二维材料。一个明确的二维半导体材料的接触研究策略，为未来的高性能二维场效应晶体管与积极规模化的尺寸。
2014-10-29 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
Broadband microwave spectroscopy of semiconductor nanowire-based Cooper-pair transistors
库珀对晶体管（CPT）是一个封闭在两个约瑟夫森弱连接之间的超导小岛，是各种超导量子线路的原子构件。利用栅极可调半导体沟道作为薄弱环节，与约瑟夫森隧穿相关联的能量尺度可以相对于岛的充电能量而改变，从而调整其电荷波动的程度。在这里，我们直接证明了这种控制映射的能级结构的CPT的砷化铟纳米线（NW）与超导铝壳。我们提取的相位偏置纳米线CPT的量子动力学的详尽建模的基础上的设备参数，并直接测量作为设备温度的函数的奇偶校验占用比，相关的超导和未来的拓扑量子比特。
2020-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Pseudo-potential Band Structure Calculation of InSb Ultra-thin Films and its application to assess the n-Metal-Oxide-Semiconductor Transistor Performance
采用经验赝势方法计算了具有$<100>$表面取向的InSb薄膜的能带结构，以评价以InSb为衬底的纳米器件的性能。与简单有效质量近似方法（EMA）的预测相反，计算结果表明，$Γ$谷仍然是最低的传导谷。通过计算得到了InSb薄膜的电子结构和输运参数，如有效质量和最小谷能量等随薄膜厚度的变化关系。计算结果表明，$Γ$谷电子的有效质量随薄膜厚度的减小而增大。我们还提供了一个评估的纳米级InSb薄膜器件使用非平衡格林函数下的有效质量框架中的弹道制度。
2011-09-20 cond-mat.mes-hall
Magnetically Modulated Electrical Switching in an Antiferromagnetic Transistor
本文研究以范德华反铁磁半导体 CrSBr 为沟道的场效应晶体管，发现栅压与磁转变可高效调控沟道电流并实现 1500% 磁阻，揭示其源于磁调制载流子浓度，为节能自旋电子器件提供新思路。
2025-05-13 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
Temperature-dependent contact resistances in high-quality polymer field-effect transistors
有机半导体和金属之间的接触电阻可以支配包含这种材料的电子器件的传输特性。我们报告的寄生接触电阻和真正的沟道电阻的底部接触聚（3-己基噻吩）（P3 HT）的场效应晶体管的沟道长度从400 nm到40 $μ$ m，从室温下至77 K的测量。对于固定的栅极电压，接触沟道电阻的比率随着温度的降低而降低。我们比较这个结果与最近的金属有机半导体接触模型。在室温和高栅极电压下，针对该接触电阻校正的迁移率可以接近1 cm $^{2}$ /Vs。
2003-12-07 cond-mat.mes-hall
Twisted Singlet in Semiconductor Artificial Molecules
从理论上研究了由量子点和自旋场效应晶体管组成的半导体人工分子的自旋组态。我们发现，通过向自旋场效应晶体管施加栅极电压，可以将反铁磁自旋配置改变为铁磁自旋配置。我们表明，人工分子的总自旋的平方范数与扭转角$θ$振荡，并在$θ=$的奇数倍$π$有最大值。我们还表明，总自旋的环状人工分子的平方范数急剧变化，在某些值的$θ$的最低的两个能级相互交叉。
2002-11-25 cond-mat.mes-hall
Revised theoretical limit of subthreshold swing in field-effect transistors
这封信报告了MOSFET亚阈值摆幅的温度依赖性极限，该极限在深低温下偏离玻尔兹曼极限。在低于临界温度时，导出的极限饱和到与温度无关且与带尾的程度成比例的值。由于在不同类型的MOSFET中普遍观察到饱和（无论尺寸或半导体材料如何），因此带尾归因于半导体体积中晶格的有限周期性，并且在较小程度上归因于额外的晶格扰动，例如缺陷或无序。
2019-12-04 cond-mat.mes-hall
How to Identify Suitable Gate Dielectrics for Transistors based on Two-Dimensional Semiconductors
本文针对二维半导体晶体管中栅极电介质选择缺乏系统标准的问题，提出制定良好栅极电介质的通用评判准则，以指导器件优化。
2025-09-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Ionic liquid gating of InAs nanowire-based field effect transistors
我们报告的操作的场效应晶体管的基础上，一个单一的InAs纳米线门控的离子液体。液体选通产生非常有效的载波调制，其具有比具有SiO2 /Si++衬底的标准背选通大三十倍的λ值。由于这种宽调制，我们展示了纳米线中从半导体到类金属行为的受控演变。这项工作提供了第一个系统的研究离子液体门控在电子设备的基础上个人III-V族半导体纳米线：我们认为这种架构开辟了道路，以广泛的基础和应用研究从相变到生物电子学。
2018-10-23 cond-mat.mes-hall
A Symmetric Unified Transport and Charge Model for Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor from Diffusive to Ballistic Regimes
Synopsys（新思科技）
提出一种对称统一输运紧凑模型，通过高场散射长度统一漂移-扩散与弹道输运，并引入量子电容和沟道电荷模型，准确描述从扩散到弹道极限的电流和电容行为。
2026-05-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Breakdown of Ohm's Law by Disorders in Low-Dimensional Transistors
Elmore Family School of Electrical and Computer Engineering and Birck Nanotechnology Center, Purdue University（普渡大学埃尔莫电气与计算机工程学院及伯克纳米技术中心）
本研究揭示了低维晶体管中 disorder 引起的电子局域现象，导致欧姆定律破坏，并提出定量模型解释实验观测。
2026-01-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant thermal modulation via a semiconductor-superconductor photonic field-effect heat transistor
NEST, Istituto Nanoscienze-CNR and Scuola Normale Superiore（意大利国家纳米科学技术研究所与比萨高等师范学院）
本文提出半导体-超导体光子场效应热晶体管，利用Josephson场效应晶体管无磁场栅极调控非电流辐射热流，实现约45 mK温度调制和20 mK/V热跨阻。
2025-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Post-CMOS Compatible Aluminum Scandium Nitride/2D Channel Ferroelectric Field-Effect-Transistor
在1963年，Moll和Tarui提出半导体的场效应电导可以通过铁电（FE）材料的反向极化来控制，以创建铁电场效应晶体管（FE-FET）。然而，生产实用、紧凑的FE-FET的后续努力受到低保持力和与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺集成不兼容的困扰。这些困难导致了基于捕获电荷的存储器设备（也称为浮栅或闪存）的发展，并且这些现在是主流的非易失性存储器（NVM）技术。在过去的二十年里，氧化物铁电材料的进步使铁电领域重新焕发活力，并使铁电随机存取存储器（FE-RAM）成为商业现实。尽管取得了这些进展，但由于工艺挑战，基于锆钛酸铅（PZT）的商业FE-RAM在130 nm处停滞不前。350 ℃）。该温度与CMOS后端工艺兼容。在这里，我们提出了一个FE-FET器件的AlScN FE电介质层集成的范德华二维（2D）半导体，MoS 2的沟道层。我们的器件显示开/关比约为10^6，同时具有0.3 V/nm的归一化存储窗口。这些器件还表现出稳定的双态存储器保持时间长达10^4秒。我们的模拟和实验结果表明，AlScN和2D半导体的组合几乎是理想的低功耗FE-FET存储器。这些结果展示了嵌入式内存和内存计算的新方法，甚至可能导致有效的神经形态计算架构。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multiscale Simulation and Machine Learning Facilitated Design of Two-Dimensional Nanomaterials-Based Tunnel Field-Effect Transistors: A Review
本综述探讨了传统晶体管在尺寸缩放下的局限性，介绍了TFETs利用量子隧穿实现低于60 mV/decade亚阈值摆幅以降低功耗的优势，并重点回顾了通过二维材料选择及多尺度模拟与机器学习优化TFETs设计的方法。
2024-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Trion Engineered Multimodal Transistors in Two dimensional Bilayer Semiconductor Lateral Heterostructures
Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Philipps-University at Marburg（马尔堡菲利普斯大学）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
本研究通过二维双层半导体横向异质结实现多模态晶体管，利用内在能级分离调控三重态生成与传输，为光电和量子技术发展提供新路径。
2024-11-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A Thermodynamic Perspective of Negative-capacitance Field-effect-transistors
铁电场效应晶体管（FeFET）的操作的物理现象在一个统一的模拟框架内处理。该框架结合了Landau平均场处理的自由能的铁电体和极化动力学根据Landau-Khalatnikov（LK）方程。这些方程与一维金属氧化物半导体（MOS）结构的静电和漂移扩散的解决方案，在半导体沟道中的电流自洽解决。数值模拟表明，取决于铁电体（FE）的厚度，两个制度的滞后切换（相关的非易失性存储器）和较高的导通电流和陡峭的亚阈值斜率（SS）与一个可以忽略不计的滞后（相关的逻辑）通过负电容效应。
2017-06-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Two-dimensional field-effect transistors based on lateral heterojunctions of transition metal dichalcogenides: dissipative quantum transport modeling
本文通过耗散量子输运模拟研究NbS₂/MoS₂/NbS₂横向异质结p型二维晶体管，发现栅极与沟道对准是调控肖特基势垒和器件缩放行为的关键设计参数。
2024-12-29 cond-mat.mes-hall
Spin Hall transistor with electrical spin injection
基于电子自旋的可行半导体晶体管和信息处理设备的实现推动了对三个关键要素的深入基础研究：半导体沟道中自旋的注入、检测和操纵。利用逆自旋霍尔效应（iSHE）探测二维GaAs中光学注入的自旋，并通过栅压依赖的内部自旋轨道场来控制自旋，最近已经实现了自旋晶体管逻辑器件的实验验证。这里提出的工作的目的是在一个设备中展示与电自旋注入和操纵相结合的iSHE检测。我们使用一个3D GaAs通道，在以前的工作中已经证明了从Fe肖特基接触有效的电自旋注入。为了在实验上将强的普通霍尔效应信号与半导体沟道中的iSHE分离，我们开发了外延超薄Fe/GaAs接触，允许在施加的面内磁场中进行Hanle自旋进动测量。电注入和检测相结合，在我们的晶体管结构与电操纵的自旋分布和自旋电流，不像以前利用的电操纵的自旋轨道场或弹道自旋渡越时间，是非常适合于扩散的3D GaAs自旋通道。测量信号的幅度和外部场的依赖性进行定量分析，使用同步自旋检测的非本地自旋阀效应和建模通过求解漂移扩散和霍尔交叉响应方程的参数的研究的微结构。
2012-02-04 cond-mat.mes-hall
