用于过渡金属硫族化物晶体管的过渡金属氮卤化物介电材料
材料科学
2022-04-12 v2 计算物理
摘要
利用第一性原理计算，我们研究了六种过渡金属氮卤化物(TMNHs)：HfNBr、HfNCl、TiNBr、TiNCl、ZrNBr和ZrNCl，作为过渡金属硫族化物(TMD)沟道晶体管的潜在范德瓦耳斯(vdW)介电材料。我们计算了剥离能和体声子能，发现这六种TMNHs可剥离且在热力学上稳定。我们计算了单层和体相TMNHs在面内和面外方向的光学介电常数与静态介电常数。在单层中，面外静态介电常数范围为5.04(ZrNCl)至6.03(ZrNBr)，而面内介电常数范围为13.18(HfNBr)至74.52(TiNCl)。我们表明TMNHs的带隙范围为1.53 eV(TiNBr)至3.36 eV(HfNCl)，而电子亲和能范围为4.01 eV(HfNBr)至5.60 eV(TiNCl)。最后，我们估算了以六种TMNH单层为介电层、五种单层沟道TMDs(MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2和WSe2)构成的晶体管的介电泄漏电流密度。对于p型MOS TMD沟道晶体管，30种组合中有19种的泄漏电流小于单层六方氮化硼(hBN)——一种著名的vdW介电材料。预测p型MOS WS2晶体管以HfNCl为栅介电层时，最小单层泄漏电流为2.14*10-9 A/cm2。预测HfNBr、HfNCl、ZrNBr和ZrNCl在某些p型MOS TMD晶体管中也能产生较小的泄漏电流。
引用
@article{arxiv.2108.09347,
title = {Transition-Metal Nitride Halide Dielectrics for Transition-Metal Dichalcogenide Transistors},
author = {Mehrdad Rostami Osanloo and Ali Saadat and Maarten L. Van de Put and Akash Laturia and William G. Vandenberghe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.09347},
year = {2022}
}
备注
13 pages, 5 figures, 1 table