مطالعه نانو ترانزيستور خازن-منفي بر پايه ماده فروالكتريك دو بعدي In2Se3

Negative-Capacitanc Field Effect Nano Transistor Based on a Two-Dimensional Ferroelectric In2Se3

اين پژوهش، مطالعه‌اي بر روي نانو ترانزيستور اثر ميدان-خازن منفي بر پايه ماده فروالكتريك دو بعدي α-In2Se3 به منظور كاهش تاب زير آستانه ارائه مي‌دهد. گذار فاز و همچنين دماي كوري تك لايه α-In2Se3 با استفاده از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي و مونت-كارلو بررسي شد. محاسبات نشان داد دماي كوري α-In2Se3 بالاتر از دماي اتاق است و بنابراين اين ماده انتخابي براي كاربرد در نانو ترانزيستور اثر ميدان-خازن منفي اميدوار كننده مي‌باشد. در ادامه، مشخصات ترانزيستور اثر ميدان-خازن منفي با كانال MoS2 و ماده فروالكتريك α-In2Se3با استفاده از استخراج ثابت‌هاي لاندائو اين فروالكتريك ارزيابي شد. در اين ترانزيستور تاب زير آستانه در حدود mV/dec 59-27 براي فروالكتريك با ضخامت nm 5-25 بدست آمد، كه مي‌توان با استفاده از لايه عايق نازك‌تر با مقادير بالاي κ تاب زير آستانه را كاهش بيشتري داد.

This work proposes and presents a study of a negative-capacitance field effect nano transistor (NCFET) based on two dimensional α-In2Se3 as the ferroelectric in order to reduce the sub-threshold swing. Phase transition as well as Curie temperatures of monolayer α-In2Se3 were studied, by employing Monte Carlo and ab-initio molecular dynamics simulations. The estimated Curie point is above room temperature, making monolayer α-In2Se3 a promising candidate for negative-capacitance field effect nano transistor devices. The Landau constants of monolayer α-In2Se3 are extracted which were utilized for analyzing the characteristics of a negative capacitance-field effect transistor with a monolayer MoS2 as the channel material. Sub-threshold swings in the range of 27-59 mV/dec for ferroelectric thicknesses between 25-5 nm were achieved.