磷引领高性能晶体管的发展

基于最近发现的超薄磷蓝色形式的场效应晶体管图示

超薄磷半导体在堆叠时变成金属，可以解决电阻问题并提高晶体管性能。

一种新发现的蓝色形式的超薄磷 - 具有可以调整的电子特性以增强电荷载流子（带负电和正电荷）注入晶体管 - 将推动下一代电子设备向前发展。

石墨烯和过渡金属硫族化合物等二维半导体有望通过为场效应晶体管（FET）中的电荷载流子传输提供超薄有源通道来推动电子设备的小型化。

FET对现代电路至关重要，用于通过施加的电压影响通过其通道的电流，其行为类似于电子控制开关或放大器。然而，在半导体通道和金属电极之间的界面处会产生电阻。这限制了器件中的电荷注入，并阻止FET充分发挥其潜力。

“降低这种接触电阻将提高电流传输能力并提高FET的性能，这将为未来的微电子学铺平道路，”Udo Schwingenschlögl小组的博士生Shubham Tyagi说。

现在，Schwingenschlögl的团队使用最近发现的二维蓝色磷烯作为单一电活性材料设计了一种无结点FET。蓝色磷烯本身是一种半导体，但当堆叠成双层时会变成金属。

“蓝色磷烯基于堆叠改变其电子特性的能力对我们的设备至关重要，”Tyagi说。“一旦我们获得了通过通道提供高载流子迁移率的晶体取向，我们就有信心取得积极的结果，因为接触电阻是通过无结设计来解决的，”他补充道。

无结器件的核心是蓝色磷烯单层，作为通道，位于两个用作电极的金属蓝色磷烯双层之间。通道和电极由相同的材料组成，这导致连续结构，从而降低电阻。

利用计算机模拟，研究人员研究了所提出的FET设计中两个不同方向的量子传输：扶手椅和锯齿形。在这两种配置中，FET有效地介导了通道和电极之间的电子转移，同时满足开关和放大标准。它的性能优于使用其他二维材料的设备，例如黑磷烯和单层二硫化钼。

“在未来，我们希望解决提高FET性能的不同方法，”Tyagi说。

研究人员正在努力使用范德华材料减少晶体管栅极和电极之间的电流泄漏，范德华材料由通过弱相互作用结合在一起的片材组成。他们还在探索将他们的想法扩展到磁性材料以开发自旋电子器件的方法。