编辑推荐|MoS2堆叠型晶体管仿真

来源：半导体学报

作者：半导体学报

论文信息：

Simulation of MoS2 stacked nanosheet field effect transistor

Yang Shen, He Tian, Tianling Ren

J. Semicond, 2022, 43(8): 082002. doi: 10.1088/1674-4926/43/8/082002

Full Text (点此阅读全文)   ‍‍‍PDF全文.pdf‍‍

内容简介

过去随着半导体技术的发展，晶体管的尺寸不断减小，集成度每隔18~24个月便会成倍增长。然而，随着晶体管横向尺寸逐渐进入纳米尺度，漏电流增大、roll-off、亚阈值斜率退化等短沟道效应越来越严重。基于新型二维半导体材料的小尺寸晶体管，作为电子器件领域的新兴方向，近年来在尺寸微缩方面取得了突破，有望进一步延续摩尔定律进程。研究表明，相比硅半导体，二维过渡金属硫化物二硫化钼由于宽带隙、低介电常数以及极薄的厚度等特性，被认为有更好的特征长度和微缩优势。采用二硫化钼为沟道材料的小尺寸晶体管近年来被广泛研究和报道。然而，目前对基于二维材料的小尺寸器件的性能评估局限于平面型结构。在先进节点下，进一步用模型预测的方式评估二维材料的优势仍需要探索。

近日，清华大学集成电路学院的任天令教授团队就上述问题开展了研究，相关论文以“Simulation of MoS2 stacked nanosheet field effect transistor”为题，作为封面文章在Journal of Semiconductors (《半导体学报》) 第8期发表，第一作者是清华大学博士研究生沈阳。

图1. 堆叠型二维晶体管结构和模型参数提取。

该研究结合第一性原理和TCAD仿真跨尺度仿真模型，研究了在应用于主流工艺3nm节点的堆叠型晶体管工艺下，二维材料在I-V、C-V特性等方面的优势。他们发现，栅长从16nm缩短至8nm，硅基堆叠型晶体管SS、DIBL、roll-off等急剧增加，出现严重的短沟效应。而二硫化钼在8nm栅长仍然可以维持陡峭的开关和较低的阈值偏移。同时，二硫化钼的原子层厚度也带来了约20%的栅极电容下降。因此，可以得出结论，以二硫化钼为代表的二维半导体材料在高集成电路中拥有一定的性能优势，MoS2堆叠型晶体管是延续摩尔定律的技术路径之一。

图2. 堆叠型二维晶体管特性预测和对比。

文章PDF（点击标题即可下载）：

Simulation of MoS2 stacked nanosheet field effect transistor.PDF


作者简介

通讯作者

任天令，清华大学信息科学技术学院副院长，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，博士生导师。

近年来，承担国家自然科学重点基金、国家重大科技专项、国家公益性行业科研专项、国家重大仪器专项、国家863计划、国家973计划等多项国家重要科技项目，做出一系列具有重要国际影响的创新学术成果。主要研究方向为智能微纳电子器件、芯片与系统，包括：智能传感器与智能集成系统，二维纳电子器件与芯片，柔性、可穿戴器件与系统，智能信息器件与系统技术等。在国内外重要学术期刊和会议发表论文600余篇，包括Nature, Nature Electronics, Nature Communications, Science Advances, Energy & Environmental Science, Advanced Materials, ACS Nano, Nano Letters, Biosensors & Bioelectronics, Nanoscale, Carbon, IEEE Electron Device Letters, IEEE Journal of Solid-State Circuits, IEEE Transactions on Electron Devices, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, IEEE Sensors Journal，以及国际微电子领域顶级会议IEDM论文等；获国内外发明专利70余项。荣获中国电子学会自然科学一等奖（排名1）。

担任或曾任IEEE电子器件学会副主席（中国大陆首次）、IEDM执委（中国大陆首次）、IEEE电子器件学会教育委员会主席（中国大陆首次）、中国微米纳米技术学会理事、IEEE电子器件学会杰出讲师、IEEE EDTM 执委、IEEE JEDS编委、IEEE Transactions on Nanotechnology 编委等学术任职。

通讯作者

田禾，清华大学集成电路学院副教授，集成纳电子所副所长，国家优秀青年基金获得者，博士生导师。‍

近年来主要研究领域包括基于二维材料（石墨烯、二硫化钼、黑磷等）的新型微纳电子器件：晶体管、存储器、传感器/执行器等。在Nature，Nature Communications, Science Advances, Advanced Materials, Joule, Nano Letters, ACS Nano, IEEE TED, IEEE EDL等期刊发表SCI论文150余篇，微电子器件领域顶级会议IEDM 10篇，论文总他引超过5000次，h因子40。主持科技部2030重大项目类脑青年科学家项目、国家自然基金优秀青年基金及面上项目、北京市自然基金项目等，获中国电子学会自然科学一等奖（排名3）、教育部霍英东青年教师基金，入选中国科协青年托举工程、首届中国电子学会优秀博士论文等。

---

编辑：薛定谔的薛定谔