Bottom-up Design and Optimization of Ferroelectric Van der Waals Heterostructure Electronics

铁电范德华异质结构电子器件的自下而上设计与优化

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2020-04070
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

While the past few decades have brought remarkable evolutions in computers and consumer electronics, there remains significant untapped potential for future mobile/wearable electronics such as ultra-low-power (for significantly longer battery life) health monitoring devices and wrinkled e-textiles. Such breakthrough electronics can be built using new technologies based on novel material systems and design innovations. Two-dimensional (2D) materials are strong contenders to radically shift the technology of electronic devices due to their unique electrical, mechanical and surface properties. One of the most prominent features of 2D materials is their ability to be stacked vertically using a simple fabrication process, leading to structures called van der Waals (vdW) heterostructures. While these structures can provide seemingly endless opportunities for novel device design, state-of-the-art 2D material devices are far from achieving optimal performances, largely due to a lack of proper design tools. Moreover, if ferroelectric (FE) materials are combined with vdW heterostructures to reduce power loss, device designs become even more challenging. The overall objective of this five-year research program is to advance knowledge in novel FE vdW heterostructure electronic devices by means of modeling and simulation. In particular, a state-of-the-art design tool will be developed to simulate, analyze, and optimize such devices. To ensure high-level accuracy, theoretical findings will be calibrated against experimental results through international research collaborations. Outcomes of the research program will include an in-depth theoretical understanding of FE vdW heterostructure devices and approaches to engineering the performance by exploiting material properties and device parameters. Moreover, powerful simulation software will be available for use by researchers within academia as well as device engineers in semiconductor industry. Economic benefits will accrue to Canada-based and international semiconductor companies (compound annual growth rate of 9% is forecasted for the 2019-2023 period with expected market value of US $704B in 2023), through the provision of a pre-validated design tool that enables the development of 2D electronic devices and reduced R&D costs. Students participating in this research program will acquire advanced knowledge of novel 2D materials, FE materials and electronic devices as well as hands-on technical skills required for device engineers in major semiconductor companies (e.g., Intel, Samsung, IBM), which will make them highly sought after. In addition, they will also be well prepared for academic jobs by disseminating research discovery at international conferences and in high-impact journals. This program will strengthen Canada's research potential by training the next generation of innovators in the competitive nanoelectronics field.
虽然在过去的几十年里,计算机和消费电子产品取得了显著的进步,但未来的移动/可穿戴电子产品,如超低功耗(电池寿命更长)健康监测设备和皱巴巴的电子纺织品,仍有很大的潜力尚未开发。这种突破性的电子产品可以使用基于新材料系统和设计创新的新技术来制造。二维(2D)材料由于其独特的电气、机械和表面特性,是从根本上改变电子设备技术的有力竞争者。二维材料最突出的特点之一是它们能够使用简单的制造工艺垂直堆叠,从而产生称为范德华(vdW)异质结构的结构。虽然这些结构可以为新型器件设计提供看似无穷无尽的机会,但由于缺乏适当的设计工具,最先进的2D材料器件远未达到最佳性能。此外,如果铁电(FE)材料与vdW异质结构相结合以降低功率损耗,则器件设计变得更具挑战性。这个为期五年的研究计划的总体目标是通过建模和仿真来推进新型FE vdW异质结构电子器件的知识。特别是,将开发一种最先进的设计工具来模拟、分析和优化这些设备。为了确保高水平的准确性,将通过国际研究合作对理论发现与实验结果进行校准。该研究计划的成果将包括对FE vdW异质结构器件的深入理论理解,以及通过利用材料特性和器件参数来设计性能的方法。此外,强大的仿真软件将可供学术界的研究人员以及半导体行业的设备工程师使用。通过提供预先验证的设计工具,可以开发2D电子设备并降低研发成本,加拿大和国际半导体公司将获得经济效益(预计2019-2023年期间复合年增长率为9%,2023年预计市值为7040亿美元)。参与该研究项目的学生将获得新型二维材料、FE材料和电子器件的先进知识,以及主要半导体公司(如英特尔、三星、IBM)设备工程师所需的动手技术技能,这将使他们受到高度追捧。此外,他们还将通过在国际会议和高影响力期刊上传播研究发现,为学术工作做好准备。这个项目将通过培养下一代纳米电子领域的创新者来加强加拿大的研究潜力。

项目成果

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On MoS2 Thin-Film Transistor Design Consideration for a NO2 Gas Sensor
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    Guo, Jing

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  • 批准号:
    RGPIN-2020-04070
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 2.04万
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    Discovery Grants Program - Individual
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    RGPIN-2020-04070
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    2021
  • 资助金额:
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Selenide-based electrocatalytic sensors for sensitive peroxynitrite detection in biological media: a bottom-up approach for functional interface design
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    10203223
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A bottom-up approach to the rational design of new bioluminescence emitters
新型生物发光发射器合理设计的自下而上方法
  • 批准号:
    EP/T011637/1
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 2.04万
  • 项目类别:
    Research Grant
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使用平铺的病毒衣壳自下而上设计
  • 批准号:
    20K21380
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 2.04万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Bottom-up computational design of hybrid 2D/3D nanostructures
混合 2D/3D 纳米结构的自下而上计算设计
  • 批准号:
    RGPIN-2017-05187
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 2.04万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Bottom-up Design and Optimization of Ferroelectric Van der Waals Heterostructure Electronics
铁电范德华异质结构电子器件的自下而上设计与优化
  • 批准号:
    RGPIN-2020-04070
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 2.04万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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Bottom-up computational design of hybrid 2D/3D nanostructures
混合 2D/3D 纳米结构的自下而上计算设计
  • 批准号:
    507979-2017
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 2.04万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Accelerator Supplements
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知道了