Bi$_2$O$_2$Se/Bi$_2$SeO$_5$ 晶体管的性能与可靠性潜力
材料科学
2025-12-12 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
虽然 2D 材料在未来设备技术中具有巨大的潜力，但在工业规模部署之前仍需克服许多挑战。这一挑战之一是识别能够确保高性能、稳定性和可靠性的正确半导体/绝缘体组合。与常规 2D 界面（ suffer 于 van der Waals 间隙或共价键问题）不同，锯齿结构如高迁移率 2D 半导体 BiOSe 及其本征高 绝缘体 BiSeO 具有高质量界面、良好的可扩展性和优异器件性能。虽然大多数 prior 工作仅关注基本器件行为，但本文还采用多尺度方法综合评估了该材料体系的稳定性和可靠性，将原子尺度状态与器件尺度可靠性相联系。通过分析四代晶体管设计（栅极双掺杂、fin 型以及双栅极全包场合），我们为该系统在终极尺度限制下的性能提供了真实的预测。我们确定氧原子在氧化物中的缺陷是引起 hysterisis 和可恢复阈值位移的主要原因，并通过封装或氧富烘焙提出缓解策略。对提取的材料参数与 IRDS 2037 要求进行基准测试后，我们证明 BiOSe/BiSeO 晶体管可在超小尺度条件下实现高漏流和低栅极电流。这些发现将该材料体系定位为技术可信且制造相关的纳米电子器件未来路径。
引用
@article{arxiv.2512.10786,
title = {Performance and reliability potential of Bi$_2$O$_2$Se/Bi$_2$SeO$_5$ transistors},
author = {Mohammad Rasool Davoudi and Mina Bahrami and Axel Verdianu and Pedram Khakbaz and Dominic Waldhoer and Mahdi Pourfath and Alexander Karl and Christoph Wilhelmer and Yichi Zhang and Junchuan Tang and Aftab Nazir and Ye Li and Xiaoying Gao and Congwei Tan and Yu Zhang and Changze Liu and Hailin Peng and Theresia Knobloch and Tibor Grasser},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.10786},
year = {2025}
}