Abstract
The effects of lightly doped drain and source (LDDS) and hetero-material-gate (HMG) structure on the static characteristics and switching speed performance for a carbon nanotube field effect transistor (CNTFET) have been theoretically investigated by a quantum kinetic model. This model is based on two-dimensional non-equilibrium Green׳s functions (NEGF) solved self-consistently with Poisson׳s equation. A comparison study of electrical characteristics in conventional single-material-gate CNTFET (C-CNTFET), LDDS-CNTFET, HMG-CNTFET and LDDS-HMG-CNTFET structures has been performed. Simulations show that, compared with the other structures, LDDS-HMG-CNTFET significantly decreases leakage current, subthreshold swing, and increases on/off current ratio. In addition, effects of the gate electrode work function of the LDDS-HMG-CNTFET have been studied theoretically. The results indicate that the electron transport efficiency, and the cutoff frequency of the device, can be optimized by reasonably selecting the gate electrode work function. This work illustrates that the proposed LDDS-HMG-CNTFET might be useful for low-power high-speed CNTFET digital design
چکیده
تاثیرات ساختار درین و سورس با ناخالصی اندکLDDS و مواد گیت ناهمگون،HMG بر روی مشخصات استاتیکی و سرعت کلید زنی ترانزیستور اثر میدانی نانولوله کربنیCNTFET، از لحاظ نظری توسط یک مدل ژنتیک کوانتومی، مورد بررسی قرار گرفته است. این مدل منطبق بر توابع گرین غیر تعادلی دو بعدیNEGF می‌باشد، که خود سازگار با معادلات پواسون حل می‌شوند. مطالعه مقایسه‌ای مشخصات الکتریکی در ساختارهای CNTFET با ماده گیت یکسان متداول(C-CNTFET) ،LDDS-CNTFET،HMG-CNTFETوLDDS--CNTFET-HMGانجام شده است. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که در مقایسه با دیگر ساختارها، ساختارLDDS-HMG-CNTFET به طور قابل ملاحظه‌ای جریان نشتی و نوسان زیر آستانه را کم می‌کند، و نرخ جریان خاموش/ روشن را افزایش می‌دهد. بعلاوه، تاثیرات تابع کار الکترود گیتLDDS-HMG-CNTFET، به صورت نظری مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهند که بازده انتقال الکترون و فرکانس قطع قطعه، می‌توانند با انتخاب درستِ تابع کار الکترود گیت، بهینه گردند. این مقاله نشان خواهد داد که قطعهLDDS-HMG-CNTFET ارائه شده، ممکن است برای طراحی دیجیتالی CNTFET توان پایین فرکانس بالا، مفید باشد.
1- مقدمه
نانو لوله‌های کربنیCNTs، می‌توانند به عنوان لایه‌های ورقه‌ای گرافن پیچیده شده در یک سیلندر تو خالیِ بدون درز، در نظر گرفته شوند. به دلیل نانو ساختارهای منحصر به فرد و ویژگی‌های فیزیکی عالی آنها ،CNT ها در طول دهه گذشته، به عنوان یکی از بهترین مواد کاندید و نوید بخش، برای جایگزینی با الکترونیک سیلیکونی به شمار می‌روند.CNT ها با ساختارهای هندسی متفاوت، نظیر باند انرژی در فلزات و باند انرژی در نیمه هادی ها، دارای باندهای انرژی متفاوتی هستند.CNT های نوع فلزی، می‌توانند به عنوان اتصالات در مدار استفاده شوند که مزیت آنها هدایت حرارتی بالا و تلفات کم است.CNT های نوع نیمه هادی می‌توانند در داخل یک قطعه فعال نظیر یک ترانزیستور اثر میدانیFETقرار گیرند. در مقایسه با مواد سیلیکونی، به دلیل موبیلیتی بسیار بالا و انتقال نزدیک به بالستیک درCNT ها،CNTFET ها می‌توانند یک جریان رانشی بالاتر، سرعت عملکردی بیشتر و یک کاهش قابل توجهی را در توان مصرفی فراهم کنند. این خصوصیات به شدتCNTFET ها را برای کاربرد‌های مداریCMOS با عملکرد بالا مناسب می‌سازد. برای مثال، در پیشرفت های اخیری که صورت گرفته گزارش کرده‌اند که فرکانس قطعTHz می‌تواند در این نوع ترانزیستورها با فرکانس بالا و نویز پایین به دست آید...