أخبار التكنولوجيا

تطورات CMOS مع مواد ثنائية الأبعاد


في مجال CMOS ، كان هناك نمو هائل يرجع أساسًا إلى اعتماد تقنية العقدة الفرعية 10 نانومتر. لذلك ، من الضروري فهم واجهات هذه الأجهزة. للحفاظ على قانون موريس قويًا ، من الواضح أن كلا من المكونات النشطة والسلبية تعتمد بشكل كبير على ملامسة المواد ثنائية الأبعاد.

على الرغم من وجود خصائص غريبة مثل التنقل القابل للمقارنة بالسيليكون ، وفجوة النطاق العالية ، والواجهات الأصلية ، تفتقر المواد ثنائية الأبعاد إلى مقاومة التلامس. علاوة على ذلك ، نظرًا للفهم الأساسي المحدود للنقل الحامل للمواد ثنائية الأبعاد ، فإن تحليل الدوائر الوظيفية مع قياس أداء جهاز 2D-FET الواقعي يعوق بشكل كبير.

لمعالجة هذه المشكلات ، يمكن تطوير إطار نظري شامل ونمذجة اتصال ثنائية الأبعاد من خلال دمج محاكاة DFT مع NEGF لصياغة تعبيرات مغلقة الشكل لمقاومة التلامس. باستخدام هذا النموذج التحليلي ، يمكن تحقيق تقييم أفضل للمواد ثنائية الأبعاد في تصميم الدوائر ومجموعات FET ، مثل TMDs ، ولكن يمكن أيضًا الحصول على قيم أكثر دقة لـ Rج.

يتكون إطار التحليل من نماذج هندسية للتلامس تشمل تقاطعات الحافة والعلوية والهجينة بمساعدة حسابات DFT الأساسية. علاوة على ذلك ، بمساعدة NEGF ، يمكن فرز جهات الاتصال هذه لفهم آلية التثبيت على مستوى فيرمي وتدفق التيار الكهربائي. يمكن استخدام معاملات التحويل هذه بشكل فعال لاستخراج Rج، بشرط أن تتم جميع عمليات المحاكاة في Quantum ATK.

باستخدام تعديل Perdew-Burke-Ernzerh لوظيفة الارتباط التبادلي التقريبي للتدرج المعمم ، مع الإمكانات الزائفة Hartwigsen-Goedecker-Hitter (HGH) ومجموعات أساس المستوى 4 ، يتم إجراء حسابات DFT. هنا ، تم استخدام قوة قصوى قدرها 0.05 eV / لتحسينات الهندسة وقطع شبكة كثافة تبلغ 240 Rydberg. وقد ساعد هذا في الحساب الواقعي لـ MoS2 فجوة النطاق تصل إلى 3٪ من قيمتها التجريبية ، وهو أمر بالغ الأهمية لـ R.ج وحساب ارتفاع حاجز شوتكي. تتكون منطقة الانتثار من 14 طبقة من المعدن مع 40 من MoS2 للسماح بالطول المسموح به لفحص الشحن. بدعم من طريقة شحنة التعويض الذري بتركيزات منشطات مختلفة ، يتم الحصول على تأثير كثافة الشحنة الحاملة. علاوة على ذلك ، ساعد طيف الإرسال ، وجهاز DOS ، والكثافة المحلية المتوقعة للحالات ، وإمكانات فرق Hartree في استخراج SBH.

يتم الحصول على ناتج التيار الكلي من شكلية لانداور عن طريق تعيين طيف الإرسال باستخدام أخذ العينات 21 × 21 × 1 نقطة عبر شكلية NEGF. يتم حساب المخططات IV لتقاطع التحيز العكسي والأمامي في ثلاث نقاط مختلفة والتي تختلف في درجات الحرارة ومستويات المنشطات.

تطوير نموذج رقمي IV لاستخراج SBH باستخدام شكلية لانداور

لدراسة R التحليليج النموذج ، من الأهمية بمكان أولاً صياغة نموذج IV لاستخراج SBH في واجهات مختلفة. يمكن دراسة مخططات النطاق الوظيفية لتكوين الاتصال العلوي والحافة عبر الشكل 1 (أ) و 1 (ب) ، على التوالي.

الشكل 1: (أ) الرسم البياني الشريطي لأعلى جهات الاتصال ، (ب) الرسم البياني الشريطي للاتصال الهجين (المصدر: IEDM ، التوصيف والنمذجة المغلقة من أطراف التوصيل المعدنية / العلوية / الهجينة ثنائية الأبعاد لأشباه الموصلات)

هنا ، يتطابق مخطط النطاق الخاص بتدفق شحنة الموجة الحاملة عبر جهات اتصال الحافة تقريبًا مع المسار 1 في الشكل 1 (ب) ، بينما يوضح الشكل 2 خصائص النقل و PLDOS لتلامس الحافة.

الشكل 2: تحليل متعمق لجهات اتصال الحافة (المصدر: IEDM ، التوصيف والنمذجة ذات الشكل المغلق لجهات اتصال أشباه الموصلات Edge / Top / Hybrid Metal-2D).
الشكل 2: تحليل متعمق لجهات اتصال الحافة (المصدر: IEDM ، التوصيف والنمذجة ذات الشكل المغلق لجهات اتصال أشباه الموصلات ذات الحافة / العلوية / المعدنية الهجينة ثنائية الأبعاد)

تم العثور على SBH ليكون حوالي 1.1 فولت ، ولتحقيق سلوك الاتصال الأومي يحتاج إلى Nد أكثر من 6 × 1013. على العكس من ذلك ، يمكن أن يحدث حقن الناقل من TMDs ثنائية الأبعاد إلى جهات الاتصال المعدنية العلوية على كل من التداخلات الرأسية وعلى طول الحافة المعدنية للتقاطع المعدني 2DM كما هو موضح في الشكل 1 (أ).
للتغلب على كل هذه المشكلات في جهة الاتصال العليا والحافة ، أثبت البحث عن جهات الاتصال الهجينة أنه يحقق ربحًا هائلاً. كما هو موضح في الشكل 1 (ب) ، يوفر هذا النوع من الاتصال أقل تداخل رأسي ، على عكس أقرانه. لذلك ، ينتج عن هذا مسار نقل تيار إضافي لكل من الانبعاث الحراري والنفق من جهة اتصال الحافة إلى الجزء المستنفد من الجسم ثنائي الأبعاد.
أخيرًا ، من خلال أخذ مشتق النموذج العددي الرابع عبر توسيع سلسلة تايلور لوظيفة Fermi-Dirac ، تم تطوير التحليل Rج كان النموذج ممكنا. من المهم أن تضع في اعتبارك أنه يمكن تحقيق ذلك أيضًا عن طريق تقريب ملف تعريف نطاق استنفاد القطع المكافئ بحاجز خطي ، تم تعديل العرض من أجله.

تحليل وتقريب التدفق الحالي في الاتصالات الهجينة والعلوية على الطرق التقليدية

تعتمد FETs ثنائية الأبعاد المصنّعة تقليديًا بشكل كبير على تحيز البوابة الخلفية للحقن الفعال للناقل ، بالإضافة إلى تعديل إمكانات القناة كما هو موضح في الشكل 3 (أ). هنا ، Rج لوحظ أنه ينخفض ​​8 مرات مثل V.BG يزداد إلى 0.6 فولت.

          الشكل 3: (أ) VBG VS RC التقليدي ، (ب) الاتصال الحالي عبر الحافة (المصدر: IEDM ، التوصيف والنمذجة ذات الشكل المغلق لجهات اتصال أشباه الموصلات ذات الحافة / العلوية / المعدنية ثنائية الأبعاد).
الشكل 3: (أ) التقليدي الخامسBG VS Rج، (ب) الاتصال الحالي عبر الحافة (المصدر: IEDM ، التوصيف والنمذجة ذات الشكل المغلق لجهات اتصال أشباه الموصلات ذات الحافة / العلوية / المعدنية الهجينة ثنائية الأبعاد)

علاوة على ذلك ، يُلاحظ أن التلامس العلوي يضخ التيار فقط على حافة النهاية المعدنية كما هو موضح في الشكل 3 (ب). هنا يحتفظ الجسم ثنائي الأبعاد بـ L.ج وهو حقن المواد الحاملة عبر التداخل في الفحص. ينتج عن هذا الاستخراج المستمر لـ Rج فيما يتعلق L.ج كما هو موضح في الشكل 3 (ج). علاوة على ذلك ، فهذا يعني أن هناك مجالًا للتحجيم الفائق لأفضل جهات الاتصال إلى 1L 2D TMDs.

ويلاحظ أيضًا أن استخراج SBH لأعلى جهات الاتصال يبلغ حوالي 0.257 فولتًا ، وهو أقل بكثير من SBH المستخرج لجهات اتصال الحافة كما هو موضح في الشكل 2. وهذا يحدث بسبب وجود فجوة vdW تؤدي إلى تبريد FLP.

نظرًا لوجود مسارين محددين FLP ، تعد كفاءة الحقن وظيفة بارزة لـ Lج. نظرًا لأن مسار FLP عبر الحافة ، يكون الاتصال أكثر بروزًا من أعلى جهات الاتصال ، Rج زيادة مع L.ج التحجيم كما هو موضح في الشكل 3 (د).

الشكل 3: (د) رسم بياني RC VS LC ، (ج) استخراج RC باستخدام LC (المصدر: IEDM ، التوصيف والنمذجة ذات الشكل المغلق لجهات اتصال أشباه الموصلات ذات الحافة / العلوية / المعدنية ثنائية الأبعاد).
الشكل 3: (د) صج VS Lج الرسم البياني ، (ج) استخراج R.ج مع L.ج (المصدر: IEDM ، التوصيف والنمذجة ذات الشكل المغلق لجهات اتصال أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد / العلوية / المعدنية الهجينة)

تظهر المعادلات المستخدمة في التعبيرات التحليلية المغلقة لتكوينات جهات الاتصال المختلفة بناءً على الافتراضات الواردة في النموذج الرابع في الشكل 4.

الشكل 4: التعبير المغلق عن RC لطبولوجيا الاتصال المختلفة (المصدر: IEDM ، التوصيف والنمذجة ذات الشكل المغلق لجهات اتصال أشباه الموصلات ذات الحافة / العلوية / الهجينة المعدنية ثنائية الأبعاد).
الشكل 4: تعبير مغلق الشكل لـ Rج لطبولوجيا الاتصال المختلفة (المصدر: IEDM ، التوصيف والنمذجة ذات الشكل المغلق لجهات اتصال أشباه الموصلات المعدنية الهجينة / العلوية / المعدنية ثنائية الأبعاد)

يمكن بسهولة ملاحظة أن معامل درجة الحرارة للتيار الحراري هو 3/2 ، وهو أقل من الطريقة التقليدية. علاوة على ذلك ، من خلال تعديل الوظيفة α كدالة للمنشطات ، Rج يمكن أن تتنوع بسهولة فيما يتعلق بتكوينات الاتصال المختلفة وتركيزات المنشطات.

خاتمة

مع تقدم الصناعة ، من المهم تحسين كفاءة المكونات النشطة والسلبية. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في زيادة المعرفة بأنواع الاتصال المختلفة للمواد ثنائية الأبعاد. كانت إحدى طرق زيادة الكفاءة الحسابية على عمليات محاكاة NEGF التقليدية هي تطوير تعبير دقيق مغلق الشكل لـ Rج لطبولوجيا الاتصال المختلفة.

تحليل تأثير R.ج على مدى كبير من درجات الحرارة وتركيزات المنشطات مع FLP و SBH ثبت أنه ذو فائدة هائلة في هذا البحث. علاوة على ذلك ، يمكن منح تركيز المنشطات الأدنى 1 × 1013/ 6 × 1013 سم-2 و SBH أقل من 0.4 / 0.3 eV مواتية لتلامس الحافة والهجين ، على التوالي.

مراجع

[1] ألين ، جيه كانغ ، ك. بانيرجي ، وأ. كيس ، مواد الطبيعة 14 ، لا. 12 1195-1205 ، (2015).
[2] J. Kang، W. Liu، D. Sarkar، D. Jena، and K. Banerjee، Physical Review X 4، no. 3 ، 031005 ، (2014)

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *