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基于异质双栅电极结构提高碳纳米管场效应晶体管电子输运效率

刘兴辉 赵宏亮 李天宇 张仁 李松杰 葛春华

基于异质双栅电极结构提高碳纳米管场效应晶体管电子输运效率

刘兴辉, 赵宏亮, 李天宇, 张仁, 李松杰, 葛春华
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  • 为改善碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)器件性能, 提高电子输运效率, 提出了一种异质双金属栅(HDMG)电极结构CNTFET器件. 通过对单金属栅(SMG)-CNTFET器件输运模型的适当修改, 实现了对HDMG-CNTFET器件电子输运特性的研究.研究结果表明, 对于所提出的HDMG结构器件, 如果固定源端金属栅S-gate的功函数WGS使其等于本征CNT 的功函数, 而选取漏端金属栅D-gate的功函数WGd, 使其在一定范围内小于WGS, 可优化器件沟道中的电场分布, 提高器件沟道电子平均输运速率; 同时由于HDMG-CNTFET的D-gate对沟道电势具有调制作用, 使该器件阈值电压降低, 导致在相同的工作电压下, HDMG-CNTFET器件具有更大的通态电流; 而D-gate对漏电压的屏蔽作用又使HDMG-CNTFET与SMG-CNTFET相比具有更好的栅控能力 及减小 漏极感应势垒降低效应、热电子效应和双极导电性等优点. 本研究通过合理选取HDMG-CNTFET双栅电极的功函数, 有效克服了现有研究中存在的改善CNTFET性能需要以减小通态电流为代价的不足, 重要的是提高了器件的电子输运效率, 进而可提高特征频率、减小延迟时间, 有利于将CNTFET器件应用于高速/高频电路.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 21171081);辽宁省科技厅自然科学基金(批准号: 20082050)和辽宁省教育厅高等学校科研基金(批准号: L2010152)资助的课题.
    [1]

    Mintmire J W, Dunlap B I, White C T 1992 Phys. Rev. Lett. 68 631

    [2]

    Hamada N, Sawada S, Oshiyama A 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1579

    [3]

    Saito R, Fujita M, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 1992 Appl. Phys. Lett. 46 1804

    [4]

    Sander J T, Alwin R M V, Cees D 1998 Nature 393 49

    [5]

    Martel R, Schmidt T, Shea H R 1998 Appl. Phys. Lett. 73 2447

    [6]

    Seidel R V, Graham A P, Kretz J, Rajasekharan B, Duesberg G S, Liebau M, Unger E, Kreupl F 2005 Nano Lett. 5 147

    [7]

    Sébastien F, Hugues C H, Johnny G, Cristell M, Thomas Z, Jean P B, Philippe D, Sylvie G R 2008 IEEE Trans. Electron. Dev. 55 1317

    [8]

    Li J P, Zhang W J, Zhang Q F, Wu J L 2007 Acta Phys. Sin. 56 1054 (in Chinese) [李萍剑, 张文静, 张琦锋, 吴锦雷 2007 物理学报 56 1054]

    [9]

    Zahra A, Ali A O 2008 Physica E 41 196

    [10]

    Liu X H, Zhang J S, Wang J W, Ao Q, Wang Z, Ma Y, Li X, Wang Z S, Wang R Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 107302 (in Chinese) [刘兴辉, 张俊松, 王绩伟, 敖强, 王震, 马迎, 李新, 王振世, 王瑞玉 2012物理学报 61 107302]

    [11]

    Ali N, Parviz K, Ali A O 2010 Superlat. Microstruct. 50 145

    [12]

    Ali N, Keshavarzi P 2012 Superlat. Microstruct. 52 962

    [13]

    Wind S J, Appenzeller J, Avouris P 2003 Phys. Rev. Lett. 91 058301

    [14]

    Park J Y, Rosenblatt S, Yaish Y 2004 Nano Lett. 4 517

    [15]

    Liang W, Bockrath M, Bozovic D, Hafner J H, Tinkham M 2001 Nature 41 665

    [16]

    Chen Z H, Farmer D, Xu S, Gordon, R F, Avouris P H, Appenzeller J 2008 IEEE Trans. Dev. Lett. 29 183

    [17]

    Guo J, Datta S, Anantram M P, Mark L 2004 J. Comput. Electron. 3 373

    [18]

    Fiori G, Iannaccone G, Klimeck G 2006 IEEE Trans. Electron. Dev. 53 1782

    [19]

    Hasan S, Salahuddin S, Vaydyanathan M, Alam M A 2005 IEEE Trans. Nanotech. 5 14

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    Saito R, Fujita M, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 1992 Appl. Phys. Lett. 46 1804

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    Hasan S, Salahuddin S, Vaydyanathan M, Alam M A 2005 IEEE Trans. Nanotech. 5 14

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-13
  • 修回日期:  2013-04-02
  • 刊出日期:  2013-07-05

基于异质双栅电极结构提高碳纳米管场效应晶体管电子输运效率

  • 1. 辽宁大学物理学院, 沈阳 110036;
  • 2. 辽宁大学化学院, 沈阳 110036
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 21171081)

    辽宁省科技厅自然科学基金(批准号: 20082050)和辽宁省教育厅高等学校科研基金(批准号: L2010152)资助的课题.

摘要: 为改善碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)器件性能, 提高电子输运效率, 提出了一种异质双金属栅(HDMG)电极结构CNTFET器件. 通过对单金属栅(SMG)-CNTFET器件输运模型的适当修改, 实现了对HDMG-CNTFET器件电子输运特性的研究.研究结果表明, 对于所提出的HDMG结构器件, 如果固定源端金属栅S-gate的功函数WGS使其等于本征CNT 的功函数, 而选取漏端金属栅D-gate的功函数WGd, 使其在一定范围内小于WGS, 可优化器件沟道中的电场分布, 提高器件沟道电子平均输运速率; 同时由于HDMG-CNTFET的D-gate对沟道电势具有调制作用, 使该器件阈值电压降低, 导致在相同的工作电压下, HDMG-CNTFET器件具有更大的通态电流; 而D-gate对漏电压的屏蔽作用又使HDMG-CNTFET与SMG-CNTFET相比具有更好的栅控能力 及减小 漏极感应势垒降低效应、热电子效应和双极导电性等优点. 本研究通过合理选取HDMG-CNTFET双栅电极的功函数, 有效克服了现有研究中存在的改善CNTFET性能需要以减小通态电流为代价的不足, 重要的是提高了器件的电子输运效率, 进而可提高特征频率、减小延迟时间, 有利于将CNTFET器件应用于高速/高频电路.

English Abstract

参考文献 (19)

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