Блог

Jun 06, 2023

Понимание влияния эффективно оптимизированной длины перекрытия на параметры аналоговых и радиочастотных характеристик GNR.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13872 (2023) Цитировать эту статью 101 Доступ к метрикам Подробности Целью данного исследования является изучение аналоговых/РЧ характеристик графена.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13872 (2023) Цитировать эту статью

101 доступ

Подробности о метриках

Целью данного исследования является изучение аналоговых и радиочастотных характеристик полевых транзисторов (FET) с графеновыми нанолентами (GNR) с использованием нового метода, называемого инженерией с перекрытием. В исследовании используются самосогласованное атомистическое моделирование и формализм неравновесной функции Грина (NEGF). Первоначально оптимальная длина перекрытия GNR-FET по устройству была определена путем оценки соотношения тока включения (ION) к току выключения (IOFF), что является критическим параметром для цифровых приложений. Впоследствии было проанализировано влияние технологии нижнего перекрытия на показатели аналоговых и радиочастотных характеристик и проведен комплексный анализ компромиссных решений с учетом таких параметров, как собственный коэффициент усиления, эффективность транзистора и частота среза устройства. Результаты показывают, что устройство, включающее механизм перекрытия, демонстрирует превосходные характеристики с точки зрения соотношения ION/IOFF, коэффициента генерации крутизны (TGF), выходного сопротивления (r0), собственного усиления (gmr0), частотного произведения усиления (GFP) и коэффициента усиления. произведение частоты передачи (GTFP). Однако устройство без эффекта перекрытия демонстрирует самые высокие значения крутизны (gm) и частоты среза (fT). Наконец, был проведен анализ линейности для сравнения оптимизированного устройства GNR-FET с обычным устройством GNR-FET без эффекта перекрытия.

В последние десятилетия произошло заметное уменьшение размеров транзисторов, переходя от микрометров к нанометрам, что обусловлено известным законом Мура1,2. Однако, поскольку спрос на современные электронные устройства продолжает расти, ограничения по размеру кремниевых транзисторов становятся все более сложными, и в конечном итоге появятся физические ограничения для дальнейшей миниатюризации. Основным препятствием в этом отношении является возникновение эффектов короткого канала (SCE), таких как ток утечки, подпороговое колебание (SS), снижение барьера, вызванное стоком (DIBL), и насыщение скорости, которые являются следствием уменьшения расстояния между источник и сток3,4,5. В последнее время исследователи активно проводят обширные исследования по поиску новых материалов, которые могли бы преодолеть эти ограничения. Впоследствии графен превратился в очень важный материал, привлекший значительное внимание в области электронных устройств. В первую очередь это связано с его широкой доступностью и экономичностью, что делает его исключительно привлекательным вариантом для различных электронных приложений6.

Графен, состоящий из одного слоя атомов углерода, позиционирует себя как исключительно многообещающий материал для будущих полупроводниковых устройств, особенно в высокочастотных приложениях. В первую очередь это связано с его замечательными свойствами, включая выдающуюся теплопроводность, высокую скорость насыщения, гибкость, впечатляющую механическую прочность и превосходную подвижность носителей7,8,9,10,11. Более того, исключительные характеристики мобильности графена делают его отличным кандидатом для применения в гибких и радиочастотных (РЧ) устройствах12,13. В дополнение к своим выгодным характеристикам, на относительно коротких каналах отсутствие запрещенной зоны в графене приводит к плохому соотношению тока ВКЛ/ВЫКЛ (ION/IOFF). Таким образом, необходимо создать графеновую наноленту (GNR), чтобы использовать графен в качестве устройства, а устройство на основе графена известно как полевой транзистор (FET) с графеновой нанолентой (GNR)14,15.

Были исследованы различные подходы для улучшения электрических характеристик полевых транзисторов на основе GNR. Эти методы включают использование различных диэлектрических материалов затвор-оксид, легирование канала, масштабирование размеров, выбор материалов затвора с определенными работой выхода и введение вакансионных дефектов в канале16,17,18,19,20,21,22,23,24,25 . Тем не менее, еще есть значительные возможности для исследований, особенно в области проектирования длин каналов. Предыдущие исследования показали, что реализация структуры затвор-нижнее перекрытие может улучшить ток утечки, подпороговое колебание (SS) и соотношение тока ВКЛ/ВЫКЛ26. Внедрение архитектур с перекрытием помогает снизить эффекты короткого канала (SCE) за счет регулировки эффективной длины канала устройства27. Он также снижает граничную емкость28 и утечку стока, вызванную затвором (GIDL)29, что приводит к снижению мощности переключения и повышению пригодности для логических приложений. Однако перекрытие между затвором и истоком или стоком приводит к увеличению сопротивления канала, что уменьшает ток включения и отрицательно влияет на производительность устройства. Для решения этой проблемы предпочтительнее использовать асимметричную конструкцию поддона, в которой поддон устанавливается на стороне стока30. Несмотря на эти достижения, существующие методы улучшения аналоговых/РЧ характеристик полевых транзисторов остаются неадекватными. В результате недавние исследования были сосредоточены на улучшении аналоговых и радиочастотных характеристик GNR-FET. Это мотивирует дальнейшее исследование аналоговых и радиочастотных характеристик GNR-FET с нижними структурами. Примечательно, что отсутствуют предыдущие исследования, изучающие поведение аналоговых и радиочастотных характеристик GNR-FET, использующих механизм асимметричного перекрытия.