该工作介绍一种新型的短沟道二维场效应晶体管（FET），通过构建斜坡架构实现纳米级沟道长度，无需光刻技术。利用六方氮化硼（h-BN）隧穿层，有效缓解短沟道效应（SCE），实现了高开关比和低亚阈值摆幅（SS）。该斜坡架构短沟道FET（SSFET）展现出超过10⁵的开关比、160 mV/dec的亚阈值摆幅和3.70 μA的导通电流。这种新方法为实现纳米级FET提供了创新路径，无需复杂制造工艺，为未来应用提供高开关比、高开关速度和增强的载流子迁移率。该成果以题为“Short Channel 2D FET with Sloped Architecture”发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。
技术亮点：
² 新型斜坡架构：通过构建斜坡架构实现了纳米级沟道长度，无需光刻技术，为实现纳米级FET提供了创新路径；
² h-BN隧穿层的应用：利用h-BN隧穿层有效缓解短沟道效应，实现高开关比和低亚阈值摆幅，同时保持了低隧穿电阻；
² 高性能表现：SSFET展现出超过10⁵的开关比、160 mV/dec的亚阈值摆幅和3.70 μA的导通电流，性能优于传统FET；
² 温度依赖特性：通过温度依赖的电荷传输测量，揭示泄漏电流主要源自热发射电流，通过插入h-BN隧穿层显著抑制这种泄漏电流；
² 材料通用性：该架构对通道材料的选择没有限制，只要所选材料具有原子级厚度和机械灵活性，即可使用。通过使用CVD生长的WSe₂晶体作为通道材料，验证了p型传输特性。
图文分析：
图1. (a)通过顺序堆叠金电极、单层MoS2和h-BN隧穿层制备的斜沟道超短沟道FET示意图。(b)斜沟道短沟道FET的原子力显微镜形貌图及单层MoS2的线轮廓图(插图)。(c)截面透射电镜图像证实存在亚10纳米斜沟道区域及空气间隙。(d)斜沟道短沟道FET的EDS元素分布图：钼(红色)、硫(黄色)、金(绿色)、铟(蓝色)。
图2. (a)含h-BN隧穿层(蓝线)与不含h-BN层(红点线)的斜沟道短沟道FET转移特性曲线。(b)从(a)转移曲线提取的导通电流(Vg=5V时)与关断电流随Vds的变化关系。(c)转移特性曲线提取的亚阈值摆幅(SS)值。(d)含与不含h-BN层的斜沟道短沟道FET输出特性曲线。。
图3. (a)金电极(黑线，屏蔽区)和斜沟道区(红线，栅控区)构成的夹层区域能带图及电荷传输机制，右图为含h-BN隧穿层结构，左图为无h-BN层结构。(b)、(c)分别为含与不含h-BN层的斜沟道短沟道FET的温度依赖性电荷传输特性。(d)、(e)斜沟道短沟道FET的阿伦尼乌斯曲线。(f)提取的肖特基势垒高度随栅压Vg的变化关系。
图4. (a) SSFET中电场分布和载流子浓度变化的模拟结构示意图。(b)、(c) 在关态（Vg = −1 V）和开态（Vg = 6 V）下，SSFET结构中的电场分布模拟结果。(d)、(e)、(f) 分别在Vg = −1 V、1 V和6 V时，斜坡沟道区域电子浓度的变化情况。
结论展望
本文通过构建斜坡架构实现了纳米级沟道长度的短沟道FET，无需光刻技术。通过插入h-BN隧穿层，有效缓解了短沟道效应，实现了高开关比和低亚阈值摆幅。该架构不仅适用于n型MoS₂，还适用于p型WSe₂，展现出良好的通用性。这种新型SSFET架构为实现纳米级FET提供了创新路径，无需复杂制造工艺，为未来应用提供了高开关比、高开关速度和增强的载流子迁移率。
文献来源
Junsung Byeon, Jinhyeok Pyo, Jungmoon Lim, et al.Charge transport in mixed metal halide perovskite semiconductors. ACS Applied Materials & Interfaces (2025).
https://doi.org/10.1021/acsami.5c18886
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