量子效应如何影响单层 MoS$_2$ 晶体管的电容与载流子密度？

当晶体管栅介质具有纳米级等效氧化层厚度（EOT）时，由于沟道的量子电容与电荷中心电容，栅电容（$C_\textrm{G}$）会小于氧化层电容（$C_\textrm{ox}$）。在此，我们以单层 MoS$_\textrm{2}$ 作为典型的二维（2D）沟道，在考虑电势、电荷密度与态密度的空间变化的情况下研究其电容。在 0.5 nm EOT 下，单层 MoS$_\textrm{2}$ 的电容小于其量子电容，使得在 0.5 至 1 V 的栅过驱动电压范围内，n 型沟道的单栅 $C_\textrm{G}$ 被限制在 $C_\textrm{ox}$ 的 63% 至 78% 之间。尽管存在这些限制，对于双栅器件，在 0.5 nm EOT 下单层 MoS$_\textrm{2}$ 的开态 $C_\textrm{G}$ 比硅大 50%，在 1 nm EOT 下更是 InGaAs 的三倍以上，表明二维半导体在未来技术节点的纳米级器件中具有广阔前景。