Nano Res.│基于二维半导体的NMOS和CMOS逻辑功能的研究进展
背景介绍
因具有独特的原子层厚度和可调节带隙，二维半导体成为场效应晶体管具有前景的沟道材料。二维晶体管可以减小短沟道效应和电路的静态功耗，这对于进一步将摩尔定律扩展到5 纳米以下技术节点具有重要的意义。为了构建基于二维晶体管的逻辑电路，最初的研究使用了NMOS的二维晶体管同时作为开关器件和电阻负载，从而实现各种基本逻辑功能。因为简单制备工艺和二维单层材料的大规模可控生长，多种基于二维晶体管的复杂逻辑功能都已得到验证，包括静态随机存储器，电阻随机存储器，多级环形振荡器和多功能的微处理器。
另一方面，互补型半导体技术（CMOS）没有明显的静态电流，从而表现具有功耗低，抗外界噪音能力强等特征。在硅微电子学中，CMOS和半导体的掺杂是通过高能离子注入来实现的。尽管CMOS技术已在发热方面彰显出优势，并已在硅基行业占据主导地位数十年。但将该技术成功地转移到二维晶体管仍然是关键的挑战，因为它们脆弱的层状晶格结构与传统的离子注入工艺不兼容。为了克服这种不兼容性并实现高性能的二维互补逻辑器件，二维晶体管的研究者们一直致力于开发更温和的掺杂技术。
成果简介
这篇综述回顾了基于二维半导体的NMOS和CMOS逻辑功能的最新进展。首先作者从NMOS集成电路的各种报道方法入手，然后总结了控制器件极性和构建CMOS逻辑电路的不同方法，包括固有互补掺杂、电荷转移掺杂（例如分子吸收，金属或氧化物沉积，有机物表面吸附）、电极接触工程（例如不同的金属功函数，不同的金属化技术）、和静电掺杂（例如静电场，铁电介质）等。最后简短地总结了二维CMOS的挑战和未来发展。总体而言，该综述为使用二维沟道材料开发更复杂的逻辑电路或微处理器提供了思路。
作者简介
孔令安，湖南大学物理微电子学院的研究生，是论文第一作者。他的研究方向为基于范德华金属集成的二维晶体管。孔令安最近利用低能耗范德华金属接触和传统热蒸发沉积技术，实现了二硒化钨晶体管的CMOS逻辑器件，其电压增益高达340。更进一步的，他利用该技术实现更复杂的逻辑电路，比如NAND，NOR。
刘渊，湖南大学物理微电子学院教授，博士生导师。于浙江大学获得学士学位，加州大学洛杉矶分校获得博士学位。加入湖南大学之前，于加州大学洛杉矶分校从事博士后研究。现主要从事二维半导体微纳电子器件与范德华异质结器件设计、制造、加工、测量的工作。近年来在半导体微纳米器件、二维电子器件等领域发表学术论文80余篇，引用8000余次。
文章信息
Lingan Kong*, Yang Chen & Yuan Liu. Recent progresses of NMOS and CMOS logic functions based on two-dimensional semiconductors. Nano Research https:/doi.org/10.1007/s12274-020-2958-7.
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