Performance Evaluation of Monolayer ZrS3 Transistors for Next-Generation Computing

单层 晶体管 计算机科学 光电子学 材料科学 电子工程 纳米技术 电气工程 工程类 电压
作者
Ateeb Naseer,Keshari Nandan,Harsh Varshney,Somnath Bhowmick,Yogesh Singh Chauhan
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (10): 5435-5442 被引量:10
标识
DOI:10.1109/ted.2023.3304273
摘要

Low-dimensional semiconductors, particularly 2-D semiconductors, with anisotropic electronic properties have the potential for realizing ultrascaled field-effect transistors (FETs). Here, we explore ZrS3, a highly anisotropic transition-metal trichalcogenide, for electronic device applications using density functional theory and transport simulations based on the nonequilibrium Green's function (NEGF) framework. Monolayer ZrS3 enables the design of FETs with channel orientated along the direction having relatively low carrier effective mass while maintaining a moderate density of the state effective mass. These properties are desired for achieving high ON-state performance while maintaining excellent switching characteristics. The FETs are scalable down to 5-nm channel length, and both (n- and p-type) FETs show ${I}_{ \mathrm{\scriptscriptstyle ON}} > 2\times {10} ^{{3}}~\mu \text{A}/\mu \text{m}$ for high-performance logic device applications. To enhance the gate length scalability, we perform the underlap analysis and show that the FETs can be scaled down to 2.9-nm gate length with ${I}_{ \mathrm{\scriptscriptstyle ON}} > 1.1\times {10} ^{{3}}~\mu \text{A}/\mu \text{m}$ . In addition, by comparing the performance of the ZrS3-based FETs with the other 2-D materials, we find that they are promising candidates for future high-performance logic devices.
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