First-principles study of metal-semiconductor contacts and quantum transport simulations for 5.1-nm monolayer MoSi2N4 devices

纸卷 金属 单层 半导体 材料科学 物理 纳米技术 光电子学 工程类 机械工程 冶金
作者
Zhanhai Li,Jianing Han,Shengguo Cao,Zhenhua Zhang,X.Q. Deng
出处
期刊:Physical review applied [American Physical Society]
卷期号:21 (5) 被引量:20
标识
DOI:10.1103/physrevapplied.21.054062
摘要

The semiconductor industry has been facing obstacles in designing low-power (LP) nanoelectronic devices due to the lack of accurate theoretical simulations and low-resistance contacts of heterojunctions. Here, based on experimental data, we discover that the generalized gradient approximation using the Fritz Haber Institute pseudopotential accurately describes the lattice constants and electronic properties of monolayer ${\mathrm{Mo}\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$. It is further confirmed that this method is also applicable to characterize the electrical contact properties and device transport characteristics of metal$/{\mathrm{Mo}\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$ heterojunctions (where metal includes $\mathrm{Sc},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Bi},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Ag},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Al},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Ti}$, graphene, $\mathrm{Cr}$, $\mathrm{Fe},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Cu},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Co},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Au},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Pd},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Ni},$ and $\mathrm{Pt}$). Calculations show that various bulk metal/${\mathrm{Mo}\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$ heterojunctions exhibit n-type Schottky barrier contact features, and it is possible to achieve 100% carrier injection for ${\mathrm{Mo}\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$ with $\mathrm{Sc},\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\mathrm{Ag},\mathrm{Ti},\mathrm{Pd},$ and $\mathrm{Pt}$ contacts. Using the Schottky-Mott rule and quantum transport simulation, a strong Fermi-level pinning effect at the metal$/{\mathrm{Mo}\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$ interfaces is observed, and $\mathrm{Sc}$ is identified as the best metal electrode. The 5.1-nm p-i-n field-effect transistor (FET) with $\mathrm{Sc}$ electrodes can meet the off-state current requirement of the 2013 International Technology Roadmap for Semiconductors standard for high-performance and LP FET devices. By employing a high-k gate, the on-state current for the undoped LP device can be improved by 2 orders of magnitude, and its high on:off ratio is up to 3 \ifmmode\times\else\texttimes\fi{} ${10}^{6}$. These findings provide insights into the metal/${\mathrm{Mo}\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$ interface behaviors and provide a theoretical reference for designing ${\mathrm{Mo}\mathrm{Si}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$-based nanoelectronic devices by selecting suitable electrodes with low contact resistance.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
3秒前
LWQ完成签到,获得积分10
4秒前
英姑应助吴嘉俊采纳,获得10
4秒前
小二郎应助小柠檬采纳,获得10
5秒前
7秒前
9秒前
孟祥磊发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
LUJyyyy完成签到,获得积分10
14秒前
叶子发布了新的文献求助10
16秒前
吴嘉俊发布了新的文献求助10
16秒前
LWQ发布了新的文献求助10
17秒前
Hello应助GWZZ采纳,获得10
21秒前
23秒前
简单从丹完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
25秒前
28秒前
呆萌香菇发布了新的文献求助10
29秒前
整齐笑晴发布了新的文献求助10
31秒前
32秒前
33秒前
制冷剂完成签到 ,获得积分10
34秒前
礽粥粥完成签到,获得积分10
34秒前
LWJ发布了新的文献求助10
35秒前
GWZZ发布了新的文献求助10
38秒前
小柠檬发布了新的文献求助10
38秒前
李暴龙完成签到,获得积分10
38秒前
39秒前
迷路芝麻完成签到,获得积分10
43秒前
mTOR发布了新的文献求助10
44秒前
49秒前
小柠檬完成签到,获得积分20
49秒前
科研通AI5应助吴嘉俊采纳,获得10
52秒前
54秒前
54秒前
北有云烟完成签到 ,获得积分10
54秒前
整齐笑晴完成签到,获得积分10
55秒前
mTOR完成签到,获得积分10
55秒前
LWJ完成签到,获得积分10
55秒前
高分求助中
【此为提示信息,请勿应助】请按要求发布求助,避免被关 20000
Technologies supporting mass customization of apparel: A pilot project 450
Mixing the elements of mass customisation 360
Периодизация спортивной тренировки. Общая теория и её практическое применение 310
the MD Anderson Surgical Oncology Manual, Seventh Edition 300
Nucleophilic substitution in azasydnone-modified dinitroanisoles 300
Political Ideologies Their Origins and Impact 13th Edition 260
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3781398
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3326904
关于积分的说明 10228702
捐赠科研通 3041878
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1669613
邀请新用户注册赠送积分活动 799161
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 758751