基于DFT-NEGF方法的磷烯、砷烯和锑烯纳米带TFET性能评估及锑烯纳米带的低功耗应用前景

《Scientific Reports》：Energy-efficient sub-thermionic switching in group-V nanoribbon TFETs for beyond-CMOS logic

　　传统CMOS技术的扩展极限促使人们更加迫切地寻找能够实现亚热力学极限以下功耗的陡降开关器件。隧穿场效应晶体管（TFET）是这方面的理想候选者；然而，在深度缩放的沟道长度下同时实现亚热力学开关特性（亚阈值摆幅SS < 60 mV/dec）和高驱动电流仍然是一项重大挑战。本工作中，采用密度泛函理论（DFT）结合非平衡格林函数（NEGING）形式体系，研究了磷烯、砷烯和锑烯纳米带TFET在扶手椅型和锯齿型两种构型下的性能，并以《国际器件与系统路线图》（IRDS）对10 nm逻辑应用的要求作为基准进行对比。研究结果发现，边缘取向和材料组成对性能有显著影响。扶手椅型磷烯纳米带（A-PNRs）表现出过大的双极性泄漏电流，无法满足低功耗（LP）关态准则。相比之下，扶手椅型锑烯纳米带（A-SbNRs）在低功耗工作区间实现了最低43.9 mV/dec的亚阈值摆幅以及超过10?的开/关电流比，这得益于其带隙与载流子输运特性之间的良好平衡。锯齿型纳米带构型始终无法满足IRDS的全部性能指标要求。尽管在所研究的材料中，没有任何一种能同时满足所有高性能（HP）要求，但A-SbNRs表现出最为均衡的综合性能。这些结果表明，扶手椅型锑烯纳米带是超缩放、低功耗TFET技术中具有前景的沟道材料，有望突破传统CMOS电子器件的性能瓶颈。