基于从头算（Ab initio）方法的传输长度模拟，用于研究二维半导体中的隧穿极限现象

《npj Computational Materials》：Ab initio transfer length method simulations of tunneling limits in 2D semiconductors

　　

摘要

随着半导体器件逐渐接近2纳米以下的技术节点，确定接触电阻缩放的基本量子极限变得至关重要；然而，从热电子发射到直接隧穿的转变在实验上仍然无法实现，在理论上也尚未明确。本文基于多空间约束搜索密度泛函理论（该理论能够在有限偏压下自洽地处理载流子注入和扩散传输物理过程），对采用Sc、Ag、Au和Pd电极接触的单层MoS?进行了从头算转移长度方法分析，研究了顶接触和边缘接触两种几何结构下的情况。我们发现，在亚10纳米范围内，电阻缩放方式从金属诱导的能隙态介导的直接隧穿转变为更长通道长度下的热电子发射。所获得的转变长度为临界隧穿长度提供了严格的第一性原理测量结果，从而为评估接触质量和二维晶体管的源漏隧穿极限提供了一个基于物理原理的指标。该方法还确定了最佳接触策略：对于n型器件应使用低功函数金属作为顶接触材料，而对于p型器件则应使用高功函数金属作为边缘接触材料，为可扩展的低电阻接触工程提供了实际指导。