A flatter route to shorter channels High-performance silicon transistors can have gate lengths as short as 5 nm before source-drain tunneling and loss of electrostatic control lead to unacceptable leakage current when the device is off. Desai et al. explored the use of MoS 2 as a channel material, given that its electronic properties as thin layers should limit such leakage. A transistor with a 1-nm physical gate was constructed with a MoS 2 bilayer channel and a single-walled carbon nanotube gate electrode. Excellent switching characteristics and an on-off state current ratio of ∼10 6 were observed. Science , this issue p. 99

Advanced beyond-silicon electronic technology requires both channel materials and also ultralow-resistance contacts to be discovered1,2. Atomically thin two-dimensional semiconductors have great potential for realizing high-performance electronic devices1,3. However, owing to metal-induced gap states (MIGS)4-7, energy barriers at the metal-semiconductor interface-which fundamentally lead to high contact resistance and poor current-delivery capability-have constrained the improvement of two-dimensional semiconductor transistors so far2,8,9. Here we report ohmic contact between semimetallic bismuth and semiconducting monolayer transition metal dichalcogenides (TMDs) where the MIGS are sufficiently suppressed and degenerate states in the TMD are spontaneously formed in contact with bismuth. Through this approach, we achieve zero Schottky barrier height, a contact resistance of 123 ohm micrometres and an on-state current density of 1,135 microamps per micrometre on monolayer MoS2; these two values are, to the best of our knowledge, the lowest and highest yet recorded, respectively. We also demonstrate that excellent ohmic contacts can be formed on various monolayer semiconductors, including MoS2, WS2 and WSe2. Our reported contact resistances are a substantial improvement for two-dimensional semiconductors, and approach the quantum limit. This technology unveils the potential of high-performance monolayer transistors that are on par with state-of-the-art three-dimensional semiconductors, enabling further device downscaling and extending Moore's law.

Next-generation information technologies will process unprecedented amounts of loosely structured data that overwhelm existing computing systems. N3XT improves the energy efficiency of abundant-data applications 1,000-fold by using new logic and memory technologies, 3D integration with fine-grained connectivity, and new architectures for computation immersed in memory.

Carbon nanotube FETs show great promise for beyond-Si and monolithic 3D electronics, however there are still fundamental questions to explore. In particular, controlled N- and P- doping is a fundamental process module which can be used to engineer semiconductor resistance in un-gated regions such as the contact or extension, as well as optimize band-to-band tunneling leakage [1-4]. To-date both N- and P- doping has been demonstrated for CNT, but the optimal strategies for doping control and carrier density quantification have not been determined. In this work, we present a study of N- and P- doping using solid-state dopants and doping control strategy using a dielectric barrier of tunable thickness. A TCAD evaluation reveals the tradeoffs between carrier density and mobility for increasing dielectric barrier thickness, and reveals the critical role of dielectric constant in optimizing performance of spacer doping [5]. Multiple characterization approaches under evaluation help to correlate doping strength to experimentally measurable quantities with insight into the doping mechanisms. Finally, we will summarize potential approaches for improving doping control and quantification, and progress towards integration of the doping in highly-scaled high-performance carbon nanotube FETs [6]. [1] Z. Zhang, et al., “Complementary carbon nanotube metal-oxide-semiconductor field-effect transistors with localized solid-state extension doping,” Nature Electronics, 2023. [2] Q. Lin, et al ., “Band-to-band Tunneling Leakage Current Characterization and Projection in Carbon Nanotube Transistors,” ACS Nano, 2023. [3] G. Zeevi, et al., “PN Junction and band to band tunneling in carbon nanotube transistors at room temperature,” Nanotechnology, 2021. [4] L. Liyanage, et al. , “VLSI-compatible carbon nanotube doping technique with low work-function metal oxides,” Nano Letters, 2014. [5] C. Gilardi et al. , “Barrier Booster for Remote Extension Doping and its DTCO for 1D & 2D FETs”, IEDM 2023 [6] S.Li, et al ., “High-performance and low parasitic capacitance CNT MOSFET: 1.2 mA/μm at VDS of 0.75 V by self-aligned doping in sub-20 nm spacer,” IEDM 2023.

Electrostatic catalysis uses an external electric field (EEF) to rearrange the charge distribution to boost reaction rates and selectively produce certain reaction products in small-molecule reactions (e.g., Diels-Alder addition), requiring a 10 MV/cm field aligned with the reaction axis. Such a large and oriented EEF is challenging for large-scale implementation or material growth with multiple reaction axes or steps. Here, we demonstrate that the energy band at the tip of an individual single-walled carbon nanotube (SWCNT) can be spontaneously shifted in a high-permittivity growth environment, with its other end in contact with a low-work-function electrode (e.g., hafnium carbide). By adjusting the Fermi level at a point where there is a substantial disparity in the density of states (DOS) between semiconducting (s-) and metallic (m-) SWCNTs, we achieve effective electrostatic catalysis for 99.92% purity s-SWCNT growth with a narrow diameter distribution (0.95 ± 0.04 nm), targeting the requirement of advanced SWCNT-based electronics for future computing.