瑞士科學(xué)家對(duì)像石墨烯這樣的二維材料進(jìn)行了計(jì)算研究，以確定哪種材料能制造出最好的晶體管。

　　從100種候選化合物中，有13種顯示有機(jī)會(huì)，在某些情況下，比預(yù)期的硅FinFET的效果更好。

　　來自蘇黎世ETH和EPFL的研究小組在Piz-Daint超級(jí)計(jì)算機(jī)上結(jié)合了密度泛函理論和量子輸運(yùn)理論，對(duì)柵極長(zhǎng)度從5nm到15nm的器件進(jìn)行了電流-電壓特性建模。

　　這100種候選材料是2018年EPFL團(tuán)隊(duì)從2018年的工作中挑選出來的，當(dāng)時(shí)Piz-Daint篩選了10萬份材料，找到了1825份，從中可以獲得二維材料層。

　　從1800種到100種的篩選是基于哪個(gè)單層原子最有可能形成FET。

　　Piz-Daint首先用密度泛函理論（DFT）確定了材料的原子結(jié)構(gòu)。據(jù)Piz-Daint所在的瑞士國(guó)家計(jì)算機(jī)中心稱：“他們將這些計(jì)算與所謂的量子傳輸求解器結(jié)合起來，模擬電子和空穴電流流過虛擬生成的晶體管。”。它使用了由蘇黎世ETH的Mathieu Luisier和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的量子傳輸模擬器，其基本方法在2019年獲得了戈登·貝爾獎(jiǎng)。

　　由于很薄（通常<1nm），二維材料可以通過一側(cè)的單個(gè)表面柵極進(jìn)行導(dǎo)電控制。

　　“雖然所有的二維材料都有這種特性，但并不是所有的材料都適合邏輯應(yīng)用，只有那些在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間有足夠大的帶隙才可以。”

　　如果沒有足夠大的帶隙，隧道效應(yīng)將導(dǎo)致較大的漏電流。

　　該項(xiàng)目標(biāo)是尋找能夠提供3mA/μm的2d材料，既可以作為n型晶體管（電子傳輸）也可以作為p型晶體管（空穴傳輸）使用，通道短至5nm，同時(shí)不會(huì)影響開關(guān)行為。

　　“只有在滿足這些條件的情況下，基于二維材料的晶體管才能超越傳統(tǒng)的硅FinFET，”Luisier說。

　　在符合標(biāo)準(zhǔn)的13種材料中，有些已經(jīng)為人所知，比如“黑”磷和鉿二硫化物。另一些則是全新的，根據(jù)Luisier的說法：例如Ag₂N₆或O₆Sb₄。

　　“由于我們的模擬，我們已經(jīng)建立了最大的晶體管材料數(shù)據(jù)庫之一。有了這些結(jié)果，我們希望能激勵(lì)從事二維材料研究的實(shí)驗(yàn)人員去選擇新材料，創(chuàng)造下一代邏輯開關(guān)。”Luisier說。

　　這項(xiàng)工作發(fā)表在ACS Nano雜志上，題為《超尺度場(chǎng)效應(yīng)晶體管的材料：顯微鏡下的100個(gè)候選材料》。