拓扑绝缘体 Bi2Se3 薄膜作为 MOSFET 中的替代沟道材料
介观与纳米尺度物理
2012-12-21 v1
摘要
三维 (3-D) 拓扑绝缘体 (TI) 的特征是存在金属表面态和体能隙。最近的理论和实验研究表明，TI 薄膜的表面态能带中会出现诱导能隙。该能隙源于薄膜相对表面导带 (CB) 和价带 (VB) 表面态之间的相互作用，其大小由薄膜厚度决定。这种能隙的形成开启了基于薄膜 TI 的金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的可能性。在此，我们利用原子轨道基下的紧束缚哈密顿量进行量子弹道输运模拟，探索了基于 TI 薄膜（特别是 Bi2Se3）的 MOSFET 性能。我们的模拟表明，尽管二维系统固有地具有出色的静电完整性，但由于 Bi2Se3 的高相对介电常数 (~100)，Bi2Se3 MOSFET 将易受短沟道效应的影响，并且与基于硅的 MOSFET 相比存在其他局限性。然而，Bi2Se3 MOSFET 以及推测的其他基于 TI 的 MOSFET 似乎能提供合理的性能，当与自旋极化表面态等新型 TI 特性结合时，或许能提供新颖的器件机遇。
引用
@article{arxiv.1211.4595,
title = {Topological insulator Bi2Se3 thin films as an alternative channel material in MOSFETs},
author = {Jiwon Chang and Leonard F. Register and Sanjay K. Banerjee},
journal= {arXiv preprint arXiv:1211.4595},
year = {2012}
}
备注
Accepted for publication in Journal of Applied Physics