5 nm以下の単層ゲルマニウムセレン化物（GeSe）MOSFET：高性能・安定デバイスの実現に向けて

Sub-5 nm monolayer germanium selenide (GeSe) MOSFETs: towards a high performance and stable device.

• Ying Guo
• Feng Pan
• Gaoyang Zhao
• Yajie Ren
• Binbin Yao
• Hong Li
• Jing Lu

抄録

2次元(2D)ブラックホスホレン(BP)電界効果トランジスタ(FET)は、優れたデバイス性能を示しますが、周囲の条件下では深刻な不安定性に悩まされています。等電点2次元ゲルマニウムセレン(GeSe)は、高いキャリア移動度や異方性など、2次元BPと多くの類似した特性を共有していますが、周囲条件では安定しています。ここでは、第一原理量子輸送シミュレーションを用いて、5 nm以下のML GeSe MOSFETの量子輸送特性を調べています。p型(ジグザグ方向)素子は、他の型(n型、p型アームチェア方向、n型ジグザグ方向)よりも優れている。p型（ジグザグ直下型）デバイスのオン状態電流は、1nmのゲート長であっても、国際半導体技術ロードマップ（ITRS、2013年版）の今後10年間の高性能アプリケーションの要求を満たすことができる。我々の知る限りでは、これらのML GeSe MOSFETは、報告されている2次元材料FETの中で、ITRS HPのオン状態電流要件を満たすことができる最小のゲート長を持っています。

Two-dimensional (2D) black phosphorene (BP) field-effect transistors (FETs) show excellent device performance but suffer from serious instability under ambient conditions. Isoelectronic 2D germanium selenide (GeSe) shares many similar properties with 2D BP, such as high carrier mobility and anisotropy, but is stable under ambient conditions. Herein, we explore the quantum transport properties of sub-5 nm ML GeSe MOSFETs using first-principles quantum transport simulation. A p-type (zigzag-directed) device is superior to other types (n- and p-type armchair-directed and n-type zigzag-directed). The on-state current of p-type devices (zigzag-directed), even at a 1 nm gate-length, can fulfill the requirements of high-performance applications for the next decade in the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS, 2013 version). To the best of our knowledge, these ML GeSe MOSFETs have the smallest gate-length that can fulfill the ITRS HP on-state current requirements among reported 2D material FETs.