納米MOS器件含時(shí)輸運(yùn)特性的研究.pdf

1、碳材料場效應(yīng)晶體管是目前研究的熱點(diǎn)，石墨烯和納米碳管因其具有獨(dú)特的電子能帶結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的電子傳輸特性而被認(rèn)為是最有可能成為構(gòu)筑未來納電子的基元材料。本文基于緊縛模型，采用非平衡格林函數(shù)（NEGF）和泊松方程自洽求解，以及直接在時(shí)域中迭代計(jì)算含時(shí)非平衡格林函數(shù)的方法，求解了碳基器件在靜態(tài)和瞬態(tài)下的不同電流響應(yīng)情況，對其中載流子的物理輸運(yùn)機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究，并得到了一些有意義的結(jié)果。
　　首先基于碳納米管場效應(yīng)管（CNTFET）提

2、出了一種HALO摻雜的雙材料異質(zhì)柵碳納米管場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，計(jì)算的結(jié)果表明異質(zhì)柵使得溝道表面的勢能呈階梯狀分布，構(gòu)成柵極的兩種金屬功函數(shù)相差越大，階梯越明顯，對亞閾值特性的提升也越大。該結(jié)構(gòu)的截止頻率能夠達(dá)到太赫茲，亞閾值特性也遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的器件。但隨著柵長的增加，柵寄生電容會增加而跨導(dǎo)會減小，從而降低器件的高頻性能。之后研究了HALO摻雜和異質(zhì)柵對石墨烯條帶場效應(yīng)管（GNRFET）的影響，從電勢分布、亞閾值特性等方面的比較發(fā)現(xiàn)HALO摻

3、雜和異質(zhì)柵結(jié)構(gòu)對GNRFET的影響類似于對CNTFET的影響，異質(zhì)柵同樣能使GNRFET溝道表面的電勢呈階梯狀，HALO摻雜和異質(zhì)柵都能夠提升GNRFET的亞閾值特性。
　　其次，基于NEGF量子模型計(jì)算結(jié)果，比較了石墨烯和碳納米管兩種典型器件結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)石墨烯由于帶隙較小，受到帶間隧穿、漏勢壘降低等效應(yīng)的影響較大，具有較大的電流，截止頻率能夠達(dá)到太赫茲，但是開關(guān)特性較差，適合用于對開關(guān)特性要求不高，需要較好高頻特性的模擬

4、電路中。而碳納米管則具有較好的綜合性能，在開關(guān)電流比和電壓增益上有很大的優(yōu)勢，高頻性能相比石墨烯較弱，更適合于對響應(yīng)速度要求很高的數(shù)字電路中。
　　最后討論了直接在時(shí)域中求解NEGF過程中時(shí)間區(qū)間的問題，通過對無窮時(shí)間上下限的替換計(jì)算得到了低維半導(dǎo)體系統(tǒng)的含時(shí)輸運(yùn)特性。發(fā)現(xiàn)在外加電壓作用的瞬間，系統(tǒng)會出現(xiàn)突然增加的電流，類似于傳統(tǒng)CMOS器件的過沖效應(yīng)。當(dāng)輸入電壓為單個(gè)方波時(shí)，響應(yīng)電流會呈現(xiàn)出平滑的逐步振蕩衰減，最終趨于穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸