Subthermionic field-effect transistors with sub-5 nm gate lengths based on van der Waals ferroelectric heterostructures

材料科学 异质结 铁电性 光电子学 晶体管 磁滞 场效应晶体管 电介质 范德瓦尔斯力 纳米技术 凝聚态物理 电压 电气工程 化学 物理 有机化学 工程类 分子
作者
Feng Wang,Jia Liu,Wenhao Huang,Ruiqing Cheng,Lei Yin,Junjun Wang,Marshet Getaye Sendeku,Yu Zhang,Xueying Zhan,Chongxin Shan,Zhenxing Wang,Jun He
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:65 (17): 1444-1450 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.scib.2020.04.019
摘要

Overcoming the sub-5 nm gate length limit and decreasing the power dissipation are two main objects in the electronics research field. Besides advanced engineering techniques, considering new material systems may be helpful. Here, we demonstrate two-dimensional (2D) subthermionic field-effect transistors (FETs) with sub-5 nm gate lengths based on ferroelectric (FE) van der Waals heterostructures (vdWHs). The FE vdWHs are composed of graphene, MoS2, and CuInP2S6 acting as 2D contacts, channels, and ferroelectric dielectric layers, respectively. We first show that the as-fabricated long-channel device exhibits nearly hysteresis-free subthermionic switching over three orders of magnitude of drain current at room temperature. Further, we fabricate short-channel subthermionic FETs using metallic carbon nanotubes as effective gate terminals. A typical device shows subthermionic switching over five-to-six orders of magnitude of drain current with a minimum subthreshold swing of 6.1 mV/dec at room temperature. Our results indicate that 2D materials system is promising for advanced highly-integrated energy-efficient electronic devices.
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