The performance limits of hexagonal boron nitride as an insulator for scaled CMOS devices based on two-dimensional materials

材料科学 纳米电子学 CMOS芯片 绝缘体(电) 晶体管 半导体 光电子学 MOSFET 六方氮化硼 氮化硼 纳米技术 氮化物 石墨烯 制作 工程物理 电气工程 电压 物理 工程类
作者
Theresia Knobloch,Yu. Yu. Illarionov,Fabian Ducry,Christian Schleich,Stefan Wachter,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Thomas Mueller,Michael Waltl,Mario Lanza,M. I. Vexler,Mathieu Luisier,T. Grasser
出处
期刊:Nature electronics [Nature Portfolio]
卷期号:4 (2): 98-108 被引量:149
标识
DOI:10.1038/s41928-020-00529-x
摘要

Complementary metal oxide semiconductor (CMOS) logic circuits at the ultimate scaling limit place the utmost demands on the properties of all materials involved. The requirements for semiconductors are well explored and could possibly be satisfied by a number of layered two-dimensional (2D) materials, like for example transition-metal dichalcogenides or black phosphorus. The requirements for the gate insulator are arguably even more challenging and difficult to meet. In particular the combination of insulator to semiconductor which forms the central element of the metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) has to be of superior quality in order to build competitive devices. At the moment, hexagonal boron nitride (hBN) is the most common two-dimensional insulator and widely considered to be the most promising gate insulator in nanoscaled 2D material-based transistors. Here, we critically assess the material parameters of hBN and conclude that while its properties render hBN an ideal candidate for many applications in 2D nanoelectronics, hBN is most likely not suitable as a gate insulator for ultrascaled CMOS devices.
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