Gate Dielectric Engineering and Performance Optimization of Monolayer MoS2 Field-Effect Transistors
Year: 2026
Type: article
Abstract: 随着硅基电子器件特征尺寸持续缩小，短沟道效应和热耗散瓶颈问题日益严峻。二硫化钼（ molybdenum disulfide,MoS2）作为典型的二维过渡金属硫族化合物（ transition-metal dichalcogenides,TMDCs），因其原子级厚度、直接带隙以及优异电学特性，在下一代低功耗场效应晶体管中展现出巨大潜力。但其原子级沟道使载流子易受界面散射与介电环境影响，仍严重制约器件输运性能。本文通过构建MoS2背栅场效应晶体管模型，系统对比了二氧化硅（ SiO2）、氧化铝（ Al2O3）、二氧化铪（ HfO2）三种栅介质对器件电学性能的影响，并进一步对HfO2栅介质进行厚度优化。结果表明，HfO2高介电常数栅介质通过强介电屏蔽有效抑制库仑杂质散射，在10 nm厚度处实现最优性能：跨导达666 μS，开关比~1013、亚阈值摆幅~70 mV/dec，但受远程界面声子散射影响，其载流子迁移率降至137cm2/(V·s)。本研究阐明了MoS2场效应晶体管栅介质选择与厚度设计对MoS2晶体管电学输运特性的竞争机制，为二维半导体晶体管的栅介质工程研究提供了重要的理论参考。
Source: Acta Physica Sinica
Language: English
Subfield: Materials Chemistry
Field: Materials Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: diamond
OpenAlex ID: W7225413736