Для дальнейшего увеличения эффективности и быстродействия полевых транзисторов возможно применение полупроводниковых двумерных кристаллов. Такие транзисторы лишены некоторых отрицательных эффектов, проявляющихся в традиционных МОП-транзисторах при уменьшении их размеров. В работе предложена модель и исследованы зарядовые свойства транзисторной МОП-структуры с каналом из двумерного кристалла. Численное моделирование таких характеристик выполнено в диапазоне варьирования электрофизических свойств 2D-кристаллов, типичных для MoSe, WS, WSe, ZrSe, HfSe, PtTe. Установлена самосогласованная взаимосвязь между электрофизическими параметрами структуры через химический потенциал, а также показано влияние на них потенциала полевого электрода и емкости подзатворного диэлектрика. Выполненные расчеты крутизны передаточной характеристики и коэффициента усиления такой транзисторной структуры показали, что для канала из дихалькогенидов тугоплавких металлов с шириной запрещенной зоны в диапазоне 0,25-2,1 эВ значения данных параметров могут достигать 0,1 мА/В и 1000 соответственно.
1. Yoon Y., Ganapathi K., Salahuddin S. How good can monolayer MoS2 transistors be? // Nano Lett. – 2011. – Vol. 11. – P. 3768–3773.
2. Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides / Q.H. Wang, K. Kalantar-Zadeh, A. Kis et al. // Nat. Nanotechnol. – 2012. – Vol. 7. – P. 699–712.
3. Mingsheng X., Tao L., Minmin S., Hongzheng C. Graphene-like two-dimensional materials // Chem. Rev. – 2013. – Vol. 113. – No. 5. – P. 3766–3798.
4. Single-layer MoS2 transistors / B. Radisavljevic, A. Radenovic, J. Brivio et al. // Nat. Nanotechnol. – 2011. – Vol. 6. – P. 147–150.
5. Cao W., Kang J., Liu W., Banerjee K. A compact current-voltage model for 2D semiconductor based field-effect transistors considering interface traps, mobility degradation, and inefficient doping effect // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2014. – Vol. 61. – No. 12. – P. 4282–4290.
6. Jiménez D. Drift-diffusion model for single layer transition metal dichalcogenide field-effect transistors // Appl. Phys. Lett. – 2012. – Vol. 101. – P. 243501-1–243501-4.
7. Fuhrer M.S., Hone J. Measurement of mobility in dual-gated MoS2 transistors // Nat. Nanotechnol. – 2013. – Vol. 8. – P. 146–147.
8. Duan X., Wang C., Pan A., Duan X. Two-dimensional transition metal dichalcogenides as atomically thin semiconductors: opportunities and challenges // Chem. Soc. Rev. – 2015. – Vol. 44. – No. 24. – P. 8859–8876.
9. The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets / Chhowalla M., Suk Shin H., Eda G. et al. // Nature Chem. – 2013. – Vol. 5. – No. 4. – P. 263–275.
10. Substrate modified thermal stability of mono- and few-layer MoS2 / X. Wang, W. Fan, Z. Fan et al. // Nanoscale. – 2018. – Vol. 10. – No. 7. – P. 3540–3546.
11. Chernozatonskii L.A., Artyukh A.A. Quasi-two-dimensional transition metal dichalcogenides: structure, synthesis, properties, and applications // Phys.-Usp. – 2018. – Vol. 61. – No 1. – P. 2–28.
12. Band gap modifications of two-dimensional defected MoS2 / A.V. Krivosheeva, V.L. Shaposhnikov, V.E. Borisenko et al. // International Journal of Nanotechnology. – 2015. – Vol. 12. – No. 8/9. – P. 654–662.
13. Electronic properties of bulk and monolayer TMDs: theoretical study within DFT framework (GVJ-2e method) / J. Gusakova, X. Wang, L.L. Shiau et al. // Phys. Stat. Sol. (A). – 2017. – Vol. 214. – No. 12. – P. 1700218 (1–7).
14. Theoretical study of defect impact on two-dimensional MoS2 / A.V. Krivosheeva, V.L. Shaposhnikov, V.E. Borisenko et al. // J. Semicond. – 2015. – Vol. 36. – No. 12. – P. 122002 (1–6).
15. Tunnel field-effect transistors in 2-D transition metal dichalcogenide materials / H. Ilatikhameneh, Y. Tan, B. Novakovic et al. // IEEE Journal on Exploratory Solid-State Computational Devices and Circuits. – 2015. – Vol. 1. – P. 12–18.
16. Rasmussen F.A., Thygesen K.S. Computational 2D materials database: electron-ic structure of transition-metal dichalcogenides and oxides // J. Phys. Chem. C. – 2015. – Vol. 119. – P. 13169−13183.
17. Liu L., Bala Kumar S., Ouyang Y., Guo J. Performance limits of monolayer transition metal dichalcogenide transistors // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2011. – Vol. 58. – No. 9. – P. 3042–3047.
18. Кривошеева А.В., Шапошников В.Л., Борисенко В.Е. Зонная структура и оптические свойства дихалькогенидов молибдена и вольфрама // Вестник Фонда фундаментальных исследований. – 2016. – Т. 77. – № 3(16). – С. 41–48.
19. Sze S.M. Physics of Semiconductor Devices. – N.Y.: Wiley, 1969. – 812 p.
20. Zebrev G.I. Graphene field effect transistors: diffusion-drift theory // 23 Chapter in Physics and Applications of Graphene-Theory. ed. by S. Mikhailov. – London: InTech, 2011. – P. 476–498.
21. Luryi S. Quantum capacitance devices // Appl. Phys. Lett. – 1988. – Vol. 52. – P. 501–503.
22. Wolfram S. The Mathematica Book. – Fifth Edition. – Wolfram Media, Inc., USA, 2003. – 1488 p.
23. Investigations on field-effect transistors based on two-dimensional materials / T. Finge, F. Riederer, M.R. Mueller et al. // Ann. Phys. (Berlin). – 2017. – Vol. 529. – No. 11. – P. 1700087 (1–10).
24. Field-effect transistors built from all two-dimensional material components / T. Roy, M. Tosun, J.S. Kang et al. // ACS Nano. – 2014. – Vol. 8. – No. 6. – P. 6259–6264.
25. Advances in MoS2-based field effect transistors (FETs) / X. Tong, E. Ashalley, F. Lin et al. // Nano-Micro Lett. – 2015. – Vol. 7. – No. 3. – P. 203–218