Low power consumption tunnel FETs in two-dimensional materials

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01482
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: NAKAHARAI Shu 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主幹研究員 (90717240)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: トランジスタ / バンド間トンネリング / ２次元物質 / 遷移金属ダイカルコゲナイド

Outline of Final Research Achievements

Tunnel transistors on two-dimensional materials were fabricated, in which the power consumption in data processing expected to be reduced, and their transistor operation was demonstrated. A semiconductor of transition metal dichalcogenides was used in the channel, and hexagonal boron nitride layer was used in the dielectric layer. For the source/drain electrodes, platinum and nickel were placed in parallel to form a hybrid contact structure to realize injection of both electrons and holes from both source and drain contacts. The difference of the work function in these two metals were utilized to realize electrostatic doping to form n- and p-type regions in a single transistor device which were controlled by two independent gate electrodes. Band-to-band tunneling current was detected in the drain current of this device by tuning the polarity of two gate electrodes.

Free Research Field

電子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、将来の高度な情報社会における情報処理において消費される総電力量を抑制することに繋げることを意図したものである。現在のシリコンに立脚した半導体技術では、将来のIoT技術を含む高度な情報社会でのデータ処理における総消費電力量の劇的な増大に対処できない。そこで、新しい材料として２次元物質を導入することでこの莫大になり続ける消費エネルギーの問題に対処しようとしている。本研究ではその新しい材料による情報処理におけるいくつかの課題に対処しようとするものであり、将来の新しい技術開発を一歩進める成果を得るに至った。