单层二硒化铂基低功耗高性能MOSFET的量子输运模拟研究：超越国际器件与系统路线图的性能突破

（编辑推荐）本研究通过第一性原理量子输运计算（ab initio），系统评估了亚5纳米栅长单层PtSe2 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的性能极限。优化后的器件在导通电流（Ion）、延迟时间（τ）、功耗（PDP）和能效（EDP）等指标上超越IRDS（国际器件与系统路线图）标准29%-123%，并通过引入p-n结进一步突破3纳米节点高性能器件极限，为二维材料在"超越摩尔"（More Moore）电子器件中的应用提供新范式。

　　

Highlight

单层PtSe₂因其各向异性电子特性、卓越稳定性和高载流子迁移率成为新型沟道材料候选。通过第一性原理量子输运模拟发现，优化后的5纳米栅长n型和p型PtSe₂ MOSFET在低功耗(LP)和高性能(HP)应用中，其性能指标超越IRDS标准达29%-123%，且显著优于已报道的MoS₂和MoTe₂器件。

Anisotropic ML PtSe₂

单层PtSe₂具有1T相六方对称结构（图1a），晶格参数3.742 ?，是带隙1.37 eV的间接带隙半导体（图1b）。其能带高度杂化，硒(Se)原子贡献显著大于铂(Pt)原子，载流子迁移率呈现显著各向异性——沿不同晶向可达3250和16300 cm²·V^-1·s^-1，远超单层MoS₂（410-430 cm²·V^-1·s^-1）。

Conclusion

尽管单层PtSe₂存在电子各向异性，但器件性能基本不受传输方向影响。通过调控underlap结构优化的5纳米栅长器件全面超越IRDS标准，而引入p-n结的3纳米器件更突破高性能基准。值得注意的是，5纳米（低功耗应用）和3纳米（高性能应用）器件展现出近乎对称的特性，这为均质逻辑电路设计提供了便利。