Abstract
The CMOS-compatible double-spacer lithography demonstrates a scalable approach to fabricate the tri-gate graphene nanoribbon (GNR) transistor with self-aligned side gates, controllable GNR width, and reduced variations in line-edge roughness and GNR width. The electrical characteristics show bandgap modulation with transverse fields and ambipolar conduction with perpendicular fields. Bandgap modulation parameters are extracted from various GNR devices, but the experimental results show lower critical fields than those in the theoretical calculation. By integrating the bandgap modulation effect into CMOS device designs, the device switching performance can be improved. The subthreshold region and ON-state characteristics are investigated by simulation with the extracted parameters to purge the parasitic effects in the present fabrication process. The extra side-gate dependence achieves drain current enhancement in both saturation and linear regions, and the decreasing bandgap by the increasing transverse field results in the sharp switching of 37 mV/decade close to the threshold voltage. This FET switching improvement can be directly used for low-power operation without sacrificing ON current. In addition, the low-linear-region resistance makes bandgap modulation a promising concept for power gating devices
چکیده
لیتوگرافی جداکننده دوگانه سازگار با CMOS، یک روش مقیاس پذیر برای ساخت ترانزیستور نانونوار گرافنی (GNR) سه دروازه با دروازه های جانبی خود همر استا شونده، عرض GNR قابل کنترل، و تغییرات کاهش یافته در زبری لبه خطی و عرض GNR را نشان می دهد. مشخصات الکتریکی، مدولاسیون گاف نواری با میدان های عرضی و رسانش دوقطبی با میدان های عمود را نشان می دهد. پارامترهای مدولاسیون گاف نواری، از دستگاه های GNR مختلف گرفته شده اند، اما نتایج آزمایشگاهی، میدان های بحرانی کوچکتری نسبت به محاسبات نظری نشان می دهند. با یکپارچه سازی اثر مدولاسیون گاف نواری در طراحی های دستگاه CMOS، عملکرد سوئیچینگ دستگاه را می توان بهبود بخشید. ناحیه زیرآستانه و مشخصات حالت روشن به کمک شبیه سازی و با پارامترهای استخراج شده بررسی می شوند تا آثار پارازیتی را در فرایند ساخت کنونی از بین ببرند. وابستگی دروازه جانبی اضافی، سبب ارتقای جریان تخلیه در نواحی اشباع و خطی می شود و کاهش گاف نواری با افزایش میدان عرضی، منجر به سوئیچینگ تند 37 میلی ولت بر ده می شود که بسیار به ولتاژ آستانه نزدیک است. این بهبود سوئیچینگ FET را می توان به طور مستقیم برای عملیات توان پایین بدون قربانی کردن جریان روشن به کار برد. به علاوه، مقاومت جریان خطی پایین، مدولاسیون گاف نواری را مفهوم نویدبخشی برای دستگاه های قطع متناوب توان می سازد.
1-مقدمه
مقیاس بندی دستگاه های CMOS، دهه ها ادامه داشته است[1] و بسیاری از روشهای قابل انجام، مانند گیت فلز/k بالا [3] – [5] و FinFET [6]-[12] توسعه یافته اند [2] تا اهداف چگالی بالاتر بسته [5]، سرعت سوئیچینگ بالاتر و مصرف توان کمتر را تعقیب کنند. با این وجود، با مقیاس بندی دائماً پیشرونده، صنعت نیم رسانا با چالش فناوری جدی درباره محدودیت اساسی در مدیریت توان روبروست...