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J-MISFET Hybrid Dual-Gate Switching Device for Multifunctional Optoelectronic Logic Gate Applications
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-04-17 , DOI: 10.1021/acsnano.4c01450 Si Eun Yu 1 , Han Joo Lee 2 , Min-Gu Kim 3 , Seongil Im 2 , Young Tack Lee 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-04-17 , DOI: 10.1021/acsnano.4c01450 Si Eun Yu 1 , Han Joo Lee 2 , Min-Gu Kim 3 , Seongil Im 2 , Young Tack Lee 1
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High-performance and low operating voltage are becoming increasingly significant device parameters to meet the needs of future integrated circuit (IC) processors and ensure their energy-efficient use in upcoming mobile devices. In this study, we suggest a hybrid dual-gate switching device consisting of the vertically stacked junction and metal–insulator–semiconductor (MIS) gate structure, named J-MISFET. It shows excellent device performances of low operating voltage (<0.5 V), drain current ON/OFF ratio (∼4.7 × 105), negligible hysteresis window (<0.5 mV), and near-ideal subthreshold slope (SS) (60 mV/dec), making it suitable for low-power switching operation. Furthermore, we investigated the switchable NAND/NOR logic gate operations and the photoresponse characteristics of the J-MISFET under the small supply voltage (0.5 V). To advance the applications further, we successfully demonstrated an integrated optoelectronic security logic system comprising 2-electric inputs (for encrypted data) and 1-photonic input signal (for password key) as a hardware security device for data protection. Thus, we believe that our J-MISFET, with its heterogeneous hybrid gate structures, will illuminate the path toward future device configurations for next-generation low-power electronics and multifunctional security logic systems in a data-driven society.
中文翻译：
用于多功能光电逻辑门应用的 J-MISFET 混合双栅极开关器件
高性能和低工作电压正成为越来越重要的设备参数，以满足未来集成电路 (IC) 处理器的需求并确保其在即将推出的移动设备中的节能使用。在这项研究中，我们提出了一种混合双栅极开关器件，由垂直堆叠结和金属-绝缘体-半导体 (MIS) 栅极结构组成，称为 J-MISFET。它表现出出色的器件性能，包括低工作电压 (<0 id=118>5)、可忽略不计的迟滞窗口 (<0.5 mV) 和接近理想的亚阈值斜率 (SS) (60 mV/dec)，使其适用于低电源切换操作。此外，我们研究了小电源电压（0.5 V）下 J-MISFET 的可切换 NAND/NOR 逻辑门操作和光响应特性。为了进一步推进应用，我们成功展示了一种集成光电安全逻辑系统，包括 2 个电输入（用于加密数据）和 1 个光子输入信号（用于密码密钥），作为数据保护的硬件安全设备。因此，我们相信，我们的 J-MISFET 及其异构混合栅极结构将照亮数据驱动社会中下一代低功耗电子设备和多功能安全逻辑系统的未来器件配置之路。
更新日期：2024-04-17
中文翻译：
用于多功能光电逻辑门应用的 J-MISFET 混合双栅极开关器件
高性能和低工作电压正成为越来越重要的设备参数，以满足未来集成电路 (IC) 处理器的需求并确保其在即将推出的移动设备中的节能使用。在这项研究中，我们提出了一种混合双栅极开关器件，由垂直堆叠结和金属-绝缘体-半导体 (MIS) 栅极结构组成，称为 J-MISFET。它表现出出色的器件性能，包括低工作电压 (<0 id=118>5)、可忽略不计的迟滞窗口 (<0.5 mV) 和接近理想的亚阈值斜率 (SS) (60 mV/dec)，使其适用于低电源切换操作。此外，我们研究了小电源电压（0.5 V）下 J-MISFET 的可切换 NAND/NOR 逻辑门操作和光响应特性。为了进一步推进应用，我们成功展示了一种集成光电安全逻辑系统，包括 2 个电输入（用于加密数据）和 1 个光子输入信号（用于密码密钥），作为数据保护的硬件安全设备。因此，我们相信，我们的 J-MISFET 及其异构混合栅极结构将照亮数据驱动社会中下一代低功耗电子设备和多功能安全逻辑系统的未来器件配置之路。
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