How Good Can Monolayer MoS2 Transistors Be?

单层 晶体管 材料科学 光电子学 半导体 电子迁移率 带隙 场效应晶体管 阈下斜率 纳米技术 二硫化钼 电压 电气工程 工程类 冶金
作者
Youngki Yoon,Kartik Ganapathi,Sayeef Salahuddin
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (9): 3768-3773 被引量:1452
标识
DOI:10.1021/nl2018178
摘要

Monolayer molybdenum disulfide (MoS(2)), unlike its bulk form, is a direct band gap semiconductor with a band gap of 1.8 eV. Recently, field-effect transistors have been demonstrated experimentally using a mechanically exfoliated MoS(2) monolayer, showing promising potential for next generation electronics. Here we project the ultimate performance limit of MoS(2) transistors by using nonequilibrium Green's function based quantum transport simulations. Our simulation results show that the strength of MoS(2) transistors lies in large ON-OFF current ratio (>10(10)), immunity to short channel effects (drain-induced barrier lowering ∼10 mV/V), and abrupt switching (subthreshold swing as low as 60 mV/decade). Our comparison of monolayer MoS(2) transistors to the state-of-the-art III-V materials based transistors, reveals that while MoS(2) transistors may not be ideal for high-performance applications due to heavier electron effective mass (m = 0.45 m(0)) and a lower mobility, they can be an attractive alternative for low power applications thanks to the large band gap and the excellent electrostatic integrity inherent in a two-dimensional system.
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