Emerging 2D materials for tunneling field effect transistors

• Autores: Nupur Navlakha, Leonard F. Register, Sanjay K. Banerjee
• Localización: Tecnología en Marcha, ISSN 0379-3982, ISSN-e 2215-3241, Vol. 36, Nº. Extra 6, 2023 (Ejemplar dedicado a: Edición especial IEEE Latin American Electron Devices Conference (LAEDC)), págs. 72-78
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Materiales 2D emergentes para transistores de efecto de campo de efecto túnel
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• Resumen
  • español

    Este trabajo se centra en comprender las propiedades electrónicas de los materiales para mejorar el rendimiento del transistor de efecto de campo de túnel (TFET) a través de simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT). La selección de material prefiere un material de tipo p con alta densidad de estado (DOS) en el plano (y baja masa efectiva fuera del plano, m*, donde se define para muchos sistemas de capas), y alta energía máxima de banda de valencia (VBM) apilado con un material de tipo n con energía mínima de banda de conducción baja (CBM) (afinidad electrónica grande (EA)) que crea una alineación de banda rota o casi rota y tiene un desajuste de red bajo. SnSe2 es muy adecuado para un material 2D de tipo ndebido a su alta EA, mientras que WSe2, fósforo negro (BP) y SnSe se exploran para materiales de tipo p. Las bicapas que consisten en monocapas de WSe2 y SnSe2 muestran una alineación de bandas escalonada pero casi rota (brecha de 24 meV) y un DOS de banda de alta valencia para WSe2. BP-SnSe2 muestra una alineación de banda rota y se beneficia de un desajuste de red bajo. SnSe-SnSe2 muestra la mayor estabilidad química, un rendimiento óptimo en términos de DOS de SnSe, sintonizabilidad con un campo externo y VBM alto que también conduce a una alineación de banda rota.

  • English

    This work focuses on understanding the electronic properties of materials to enhance the performance of Tunnel Field Effect Transistor (TFET) through Density Functional Theory (DFT) simulations. Material selection prefers a p-type material with in-plane high density of state (DOS) (and low out-of-plane effective mass, m*, where defined for many layer systems), and high valence band maxima (VBM) energy stacked with an n-type material with low conduction band minimum (CBM) energy (large electron affinity (EA)) that creates a broken or nearly broken band alignment and has low lattice mismatch. SnSe2 is well-suited for an n-type 2D material due to high EA, while WSe2, Black phosphorous (BP) and SnSe are explored for p-type materials. Bilayers consisting of monolayers of WSe2 and SnSe2 show a staggered but nearly broken band alignment (gap of 24 meV) and a high valence band DOS for WSe2. BP-SnSe2 shows a broken band alignment and benefits from a low lattice mismatch. SnSe-SnSe2 shows the highest chemical stability, an optimal performance in terms of DOS of SnSe, tunability with an external field, and high VBM that also leads to a broken band alignment.