5纳米栅长单层α-In2X3（X = S, Se, Te）场效应晶体管的量子输运性能与器件优化研究

近期，研究人员通过第一性原理量子输运模拟，系统研究了5纳米栅长单层α-In2X3（X = S, Se, Te）双栅MOSFET的性能极限。研究发现，α-In2S3器件同时具备高开态电流（Ion）和低亚阈值摆幅（SS），采用对称underlap结构后所有器件均满足ITRS 2028高性能与低功耗标准，展现出作为下一代晶体管沟道材料的巨大潜力。

　　

近年来，α-In₂X₃（X = S, Se, Te）二维铁电半导体材料因其独特的铁电特性成为研究热点，但其在场效应晶体管（FET）中的半导体性能潜力尚未明确。本研究通过第一性原理量子输运模拟，量化分析了5纳米栅长（L_g）单层α-In₂X₃双栅金属氧化物半导体场效应晶体管（DG MOSFET）的性能极限，比较了非underlap（non-UL）和对称underlap（UL）两种构型的表现。

在非UL构型中，α-In₂S₃ MOSFET同时展现出最高的开态电流（I_on）和最低的亚阈值摆幅（SS）；α-In₂Se₃器件具有低SS特性，而α-In₂Te₃则表现出高I_on。由于有效质量和带隙能量的影响，n型α-In₂S₃和α-In₂Te₃晶体管的I_on性能显著优于α-In₂Se₃。

采用UL构型后，所有α-In₂X₃ DG MOSFET的I_on均能满足国际半导体技术路线图（ITRS）2028年高性能（HP）和低功耗（LP）标准，且在UL结构辅助下全部实现理想SS值。这些发现表明单层α-In₂X₃材料是未来MOSFET沟道材料的理想候选体系，为纳米级电子器件的开发提供了重要理论依据。