Proposal of integratable two dimensional tunnel FET structure and demonstration of its ultra-low power operation

可集成二维隧道FET结构的提出及其超低功耗操作的演示

基本信息

批准号：
22H00206
负责人：
長汐晃輔
金额：
$ 28.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

新型コロナウイルス感染症の影響により社会基盤のデジタル・トランスフォーメーションだけでなく個人の生活様式の変革が進み，IoTデバイスの爆発的な増加が予想されるが，IoTデバイスの普及には電子デバイスの超低消費電力化が本質的なボトルネックである．これまでに我々は，原子レベルで急峻かつ電気的に不活性な2次元層状積層界面をハンドメイドでトンネルFETに組み込むことで，MOSFET限界の60 mV/dec以下のサブスレッショルドスイングを実証してきた．しかしながら，集積化が非常に困難な積層デバイス構造では，真の実用化に繋がらない．本研究では，“集積化可能な“デバイス構造に基づいた二次元トンネルトジスタを初めて提案し，そのデバイスプロセスの確立及び超低消費電力動作を実証することを目的とした．2022年度では，新規高濃度n+ドープ2次元結晶ソースの探索を進めた．TFETにおいて高いオン電流を得るためには，高濃度にドーピングされた２D結晶ソースが必須である．現時点で未開拓なn+の高濃度置換型結晶を育成できれば，素子材料の選択肢が大きく広がる．そこで，これまでに多くの成長実績のあるMoS2において，n+となることが予想されるReを出発材料で10%ドープし得た結晶のキャリア数をホール測定により1.3×10^20 cm^-3であることが分かった．このことから期待された高濃度結晶であり，実際，剥離・転写後に単層の輸送特性を計測した結果，ゲート変調しないことが確認できた．2022年4月末に基盤研究(S)が採択されたことから，本研究は廃止となった．

受新型冠状病毒感染的影响，不仅社会基础设施的数字化转型，个人生活方式的变革也在推进，而物联网设备数量的爆发式增长预计降低功耗是其本质瓶颈。迄今为止，我们通过将原子级陡峭且电不活动的二维层压界面手工合并到隧道 FET 中，展示了低于 60 mV/dec 的亚阈值摆幅，这是 MOSFET 的极限。然而，堆叠器件结构极难集成，并没有带来真正的实际应用。在这项研究中，我们首次提出了一种基于“可集成”器件结构的二维隧道晶体管，旨在建立器件工艺并演示超低功耗运行。 2022 财年，我们继续寻找新的高 n+ 掺杂二维晶体源。为了在 TFET 中获得高导通电流，重掺杂的 2D 晶体源是必不可少的。如果能够生长出目前尚未探索的高浓度n+取代型晶体，器件材料的选择将大大扩展。因此，在迄今已有许多生长结果的MoS2中，以掺杂10％Re（预计为n+）作为起始材料的晶体中的载流子数确定为1.3×10^20 cm^- 3.通过霍尔测量发现。基于此，预计晶体将高度集中，事实上，作为测量剥离和转移后单层的传输特性的结果，证实不存在栅极调制。由于科学研究 (S) 已于 2022 年 4 月底被采用，因此该研究已停止。