关键字 |
| CNTFET, CNT直径，氧化物厚度，通断电流比。 |
介绍 |
| 碳纳米管在电子领域的应用，特别是在碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)方面的应用，是碳纳米管最具成像性的特点之一。碳纳米管独特的电特性，特别是半导体特性，推动了碳纳米管的研究。就像MOSFET一样，它从源端向收集端的漏端提供电子。换句话说，电流实际上是从漏极流到源端[1][2]。单壁碳纳米管(SWCNT)是由Iijima[3]、[4]等通过实验工作发现的。SWNT的这一发现更为重要，因为它的结构更为基本，成为大天体理论研究的基础。为了模拟碳纳米管晶体管，介观物理分析对碳纳米管晶体管及其结构给出了不同的理解。cntfet主要分为带有金属电极形成肖特基接触的肖特基势垒cntfet (SB cntfet)和带有掺杂碳纳米管电极形成欧姆接触的类mosfet cntfet。雷竞技网页版本文详细介绍了SB与CNTFET的结构。通常情况下，在金属和半导体之间的每个接触处都存在一个称为肖特基势垒(SB)的势垒。雷竞技网页版 The barrier height is determined by the filling of metal-induced gap states. These states become available in the energy gap of semiconductor due to interface formed with the metal. The SB is controlled by the difference of the local work functions of the metal and the carbon nanotube. SB is also extremely sensitive to changes of local environment at the contact [5]. For example, gas adsorption changes the work function of metal surfaces. Since this device employs metal as its source/drain terminals and has Schottky barrier at its terminal contact between nanotube and metal, therefore it is called Schottky-barrier CNFET (SB-CNFET). In the field of CMOS technology, power constrained environment can be acquainted by low switching energy per logic transition. To obtain this phenomenon supply voltage has to be minimal along with an acceptable on/off current ratio. Due to small intrinsic behaviour and size CNT has a considerable advantages. Here, this paper investigates with the on/off current (Ion/Ioff) ratio based on gate insulator parameters with respect to the changes in co-axial diameter of CNT. Also this paper justifies the reason behind this phenomenon with the obtained results in details. |
相关的工作 |
| 碳纳米管具有独特的电学性能，如大的平均自由程、优异的载流子迁移率和改善的纳米级静电性能，这使得碳纳米管值得解决硅(Si)通道晶体管中结垢器件的限制。基于栅极绝缘子参数[7]、[8]变化的CNTFETs性能的数值研究很少，特别是在不同环境温度下CNTFETs器件。它们主要是在SB FET结构上进行的。近年来研究了掺杂对不同直径沟道的影响。开/关比与掺杂水平[10]成反比。这也取决于纳米管的直径值。因此，对cntfet的直径和氧化物厚度的影响进行了深入的研究。 |
弹道cntfet的数学分析 |
| 本文对CNFET的I-V特性进行了仿真研究。基于Rahman et. al.[9]描述的表面势模型，采用MATLAB进行仿真研究。这是一个简单的分析模型，可用于研究CNFET的I-V特性。根据弹道碳纳米管的弹道输运理论，非平衡电荷在纳米管上输运引起的漏极电流可以用费米-狄拉克统计量计算如下: |
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结果与讨论 |
| A.氧化层厚度的影响: |
| 本文模拟了氧化物绝缘子厚度(tINS)对CNFET性能的影响。为了进行模拟，碳纳米管直径(dCNT)随温度设置为1 nm, T为300 K，高K栅极介电固定在K =3.9。现在，罐头从2-6纳米。图1显示了漏源电流、IDS与门源电压、vg以及它们与tin的线性关系。 |
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| 图1显示了导电率与锡的反比例关系。同样，如果绝缘体厚度较小，则碳纳米管中VGS的影响将大得多。由于势垒高度的调制是由VGS控制的，所以当tin降低时电导率会增加。氧化层厚度越小，势垒高度越高，隧穿概念越突出，导致热离子发射(TE)电流增大，从而使通电电流增大[10]。另一方面，图2显示了关断电流的影响。在这种情况下，绝缘子厚度对阈值电压、VTH和OFF状态电流IDS (OFF)的变化是不变的，从而导致双极特性被抑制。结果，在较高的氧化层厚度下，离子/Ioff比值降低。 |
| b .直径的影响: |
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| 这里，tINS设置为1.5nm, T设置为300K，直径dCNT在2-6 nm之间变化。图3显示了ID和VGS与dCNT在线性尺度上的相关性。结果表明，碳纳米管的导电性与碳纳米管直径成正比。对于不同的dCNT，也观察到相同的VTH和IDS。由于比例特性，IDS电导率随dCNT的稍微增加而大幅度增加。因此，dCNT越大，电流就越大。当碳纳米管直径越小时，沟道的价带边缘越靠近源的导带边缘。对于漏电流增大[10]。结果上电流增加。图4显示了直径对关断电流的影响。 As the off current is very small, the curve is shown in logarithmic scale. In general, with an increase on the diameter of nano tube, the on current state increased accordingly. On the other hand, the off state remainsunchanged. |
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| C.离子/Ioff电流比对CNT直径和氧化层厚度的影响: |
| 在图5的这一部分中，栅极氧化物的厚度固定在1.5nm，而纳米管直径dCNT在2-6 nm之间变化。图5展示了离子/Ioff电流比作为纳米管直径的函数。离子在VGS = 1v时得到。IOFF定义为VGS = 0 V时获得的电流。在这两种情况下，漏极电压保持恒定在1v。可以观察到，离子/Ioff电流随纳米管直径的增大而增大。使用更大的直径减小带隙，因此导通电流和漏电流都迅速增加。因此，随着纳米管直径的增大，离子/Ioff比值显著增加。因此，在构建基于cntfet的可靠逻辑电路时，必须仔细考虑这一点，以获得最佳的电气特性。 |
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| 现在对于氧化层厚度的变化，在图6中，在VDS= 1V和VGS=1V时测量ION。IOFF定义为VDS = 1V和VGS=0V时获得的电流。由图6可以看出，随着tin的减少，使得Ion/Ioff比值增大，导致高开态电流。这与通道上的栅电压的高级控制有关，这有助于减少关态电流。由于开态电流很大程度上取决于TE电流的较高能级和流量，与Ioff[10]相比，开态电流对器件参数不敏感。 |
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结论 |
| 最后观察到，纳米管直径越大，栅极氧化物越薄，cntfet的开态电流越强;栅极氧化物越薄，cntfet的关态电流越好，而纳米管直径越大，cntfet的关态电流越弱。结果表明，直径和氧化物厚度对漏极电流的影响是显著的。最后分析表明，这两个参数实际上都影响了漏极电流，从而影响了弹道CNTFET的性能。综上所述，CNTFET作为一种有效的开关器件具有很大的潜力。CNFET要成为电子行业的商业器件还有很长的路要走，但研究人员正在努力提高其性能，以取代MOSFET作为数字应用的核心。 |
ACKNOWDGEMENT |
| 作者在此感谢AUST EEE部门对工作的不懈支持。 |
参考文献 |
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- P.G.柯林斯，P. Avouris，科学。上午283,62 (2000)
- 饭岛和市桥。自然学报，363:603-605,1993。
- 白求恩，江志恒，德弗里，戈尔曼，萨沃伊，巴斯克斯。自然杂志，363:605-607,1993。
- s.j Tans, A.R.M. Verschueren, C. Dekker，自然393,49 (1998)
- 汤普森，斯科特E.和SrivatsanParthasarathy。摩尔定律:硅微电子的未来今日材料9.6(2006):20-25。
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- Shirazi, Shaahin G.和SattarMirzakuchki。“碳纳米管场效应晶体管性能对不同直径通道掺杂水平的依赖:开/关电流比。”应用物理通讯99.26(2011):263104-263104。
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