يافتههاي نوين در مشخصات و اثرات كانال كوچك ترانزيستورهاي اثرميداني
نانوتيوب كربن دوگيتي

زهرا عارفينيا* و علياصغر اروجي** دانشكدة مهندسي برق و كامپيوتر، دانشگاه سمنان

(دريافت مقاله: ١٤/٧/١٣٨٧- دريافت نسخه نهايي: ٥/٨/١٣٨٩)

چكيده – در اين مقاله، ابت دا به بررسي تاثير آرايشهاي مختلف گي ت بر اثرات كانال كوچ ك ترانزيستور اثرمي دانينانوتيوب ك ـربن ب ـا س ـورسودرين آلا يي ده،با ح ل خودسازگار معادله سهبع دي پواسون و معادله شرودينگر با شراي ط مرزي باز در چارچوب تابع گرين ناترازمن د، پرداخته ش دهاس ت. نتايج نشان ميدهن د كه ساختار دو گيتي داراي نوسانات زيرآستانه شبه اي دئال و كاهش س د القايي درين قاب ل قبولي، حت ـي ب ـراي اك ـسي دگي ت نسبتﹰا ضخي م (۵ نانومتر ) اس ت. سپس مشخصات ال كتري كي ترانزيستور اثر مي داني نانوتيوب كربن دوگيتي (DG-CNTFET) مورد بررسي قرارگرفته اس ت . نتايج نشان ميدهن د كه افزايش قطر نانوتيوب و چگالي نانوتيوبها درDG-CNTFET جريان حال ت روشن را افزايش ميده د. همچنين جريان حال ت خاموشDG-CNTFET با افزايش ولتاژ درين افزايش ميياب د. بهعلاوه در مورد ولتاژهاي گي ت منفي، در ولتاژ درين زياد نياز به ولت ـاژگي ت منفي بزرگتري داري م تا افزايش جريان درين ناشي از تون ل زني بان د به بان د، مشهود باش د و در ولتاژ درين ك م حالتهاي تش دي دي ظاهر خواه دش د.

واژگان كليدي : اثرات كانال كوچ ك، تابع گرين ناترازمن د، ترانزيستور اثرمي داني، دوگيتي، نانوتيوب كربن

Novel Attributes in the characteristics and short channel effects of double
gate carbon nanotube field-effect transistors

Z. Arefinia and A. A. Orouji

Electrical and Computer Engineering Faculty, Semnan University

163830399856

Abstract: In this paper, the short channel effects of different gate configurations and geometry parameters of carbon nanotube (CNT) field-effect transistors with doped source and drain extensions are investigated. The simulation is based on the self-consistent solution of the three-dimensional Poisson equation and Schrödinger equation with open boundary conditions,
* – كارشناس ارشد ** – استاديار

within the nonequilibrium Green’s function formalism. Simulation results show that double gate structure offers quasi-ideal subthreshold slope and drain induced barrier lowering even for the rather thick oxide (5nm). Then, the investigation of electrical characteristics of double gate carbon nanotube field-effect transistor (DG-CNTFET) shows that as the CNT normalized density or CNT diameter increases, the current in the on-state increases as well. Also, the off-state current in DG-CNTFET decreases with increasing drain voltage. Furthermore, in the negative gate voltages, for a large drain voltage, increasing in drain current due to band to band tunneling requires a larger negative gate voltage, and for low drain voltage, resonant states appear.

Keywords: Short channel effects, Nonequilibrium Green’s function, Field-effect transistor, Double gate, Carbon nanotube.
١- مقدمه
پ ـس از ك شف نانوتيوبه ـا توس ـط آيجيم ـا [۱] پي ـشرفتهاي چشمگيري از نظـر مدلـسازي فيزيكـي وتكنولـوژيكي در زمينـهترانزيستور اثرميداني نانوتيوب كربن (CNTFET) صورت گرفتـهاست. به عنوان مثال، نتـايج تجربـيCNTFET سـد شـاتكي بـهدست آمده [٢] و نشان داده شده است كه جريان به طـور عمـده،توسـط ميـدان القـايي سـاختار نـواري نـانوتيوب در دو انتهـاي نانوتيوب حاصل ميشود. البته چنين مكانيزمي كارايي قطعه را بـهشدت محدود ميكند. رفتـار شـبه دوقطبـي [٣]، كنتـرل ضـعيفكانال و تنزل خصوصيات الكتريكي مانند افزايش جريان نـشتي ونوسانات زيرآستانه در چنين قطعاتي، مخـصوصﹲا ترانزيـستورهايشامل نانوتيوب با قطر بزرگتر، ديده مي شود [٤ و ٥]. همچنين بـهطور تجربي اثبات شده است كه براي كـاهش سـد القـايي دريـن(DIBL) به يك مقدار قابل قبول، بايد كاهش ابعاد ترانزيـستور ازقوانين خاصي (بهعنوان مثـال، نـسبت طـول كانـال بـه ضـخامتاكسيد بايد بزرگتر از ١٨ باشد) پيروي كند [٤].
تاكنون راه حلهاي مختلفي براي فائق آمدن بر ايـن نـواقص،پيشنهاد شده است كه از ميان آنها ميتـوان بـه انتخـاب سـطوحتماس از جنس فلز مثل پالاديم يا كلـسيم بـراي ايجـاد سـطوحتماس اهمي [٦ و ٧] و روش توليد بارهاي القايي اشاره كـرد[٨ و ٩]. همچنين بـا تعريـف گيتهـاي چندگانـه مـي تـوان كـارايي ترانزيستورها رابيشتر كـرد، زيـرا توسـط آن مـيتـوان پتانـسيلمستقل در نواحي سورس، دريـن و كانـال ايجـاد كـرده و سـدشاتكي را در سطح تماس بهوجود آورد.
در اين مقاله تاثير ساختارهاي متفاوت گيـت بـر اثـرات كانـالكوچكCNTFET با سـورس ودريـن آلاييـده، توسـط نـرمافـزارMATLAB به صورت سه بعدي شبيه سازي شده است. از آنجا كهنتايج نشان ميدهند كه ساختار دوگيتي CNTFET كه در شكل (١) رسم شده است، داراي نوسانات زيرآسـتانه شـبه ايـدئال وDIBL قابل قبولي است، تاثير پارامترهاي مختلف بر اثرات كانال كوچك و مشخ ـصهه ـاي الكتريك ـي آن موردبررس ـي ق ـرار گرفت ـه اس ـت.
شبيه سازي بر پايه حل معادله شرودينگر بـا شـرايط مـرزي بـاز درچارچوب تابع گرين ناترازمند (NEGF) بنا شده و براي حل معادله پواسون سهبعدي از روش گشتاورها [١٠] استفاده شده است.

٢- روش شبيه سازي
٢-١- معادله انتقال با روش NEGF تابع گرين به صورت زير توصيف ميشود[١١] :
G E( ) =⎡⎣EI H−−Σ −ΣSD⎤⎦−1 (1)
كـه در آن E انـرژي، I مـاتريس واحـد، H مـاتريس هـاميلتونين نانوتيوب و ΣS وΣD به ترتيب ماتريسهاي خودانرژي سورسودريناند. اگر تعداد كل اتمهاي كربن نـانوتيوبN باشـد، در آنصورت اندازه ماتريس هاميلتونينN×N خواهد شـد. همـان طـوركه معادله (١) نشان ميدهد با در نظـر نگـرفتن جملـهΣscat كـهمربوط به پراكندگي الكترونهاست، انتقـال كـام ﹲلا باليـستيك بـرايشبيهسازي رفتار ترانزيستورها در نظر گرفته شده است.
تمام آرايه هاي ماتريس خـودانرژي سـورس،ΣS ، بـه جـزآرايه (۱،۱) كه به صورت زير تعريف ميشود، برابر صفر است.
ΣS(1,1) = (E − U1)2 + t2 + b22m
601980-38984

)
(
(
)
1
2
2
2
2
2
2
2
m
1
1
U
E
t
b
4
E
U
t




+
+




)

(

(

)

1

2

2

2

2

2

2

2

m

1



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید