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基于异质双栅电极结构提高碳纳米管场效应晶体管电子输运效率

刘兴辉 赵宏亮 李天宇 张仁 李松杰 葛春华

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基于异质双栅电极结构提高碳纳米管场效应晶体管电子输运效率

刘兴辉, 赵宏亮, 李天宇, 张仁, 李松杰, 葛春华

Improvement on the electron transport efficiency of the carbon nanotube field effect transistor device by introducing heterogeneous-dual-metal-gate structure

Liu Xing-Hui, Zhao Hong-Liang, Li Tian-Yu, Zhang Ren, Li Song-Jie, Ge Chun-Hua
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  • 为改善碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)器件性能, 提高电子输运效率, 提出了一种异质双金属栅(HDMG)电极结构CNTFET器件. 通过对单金属栅(SMG)-CNTFET器件输运模型的适当修改, 实现了对HDMG-CNTFET器件电子输运特性的研究.研究结果表明, 对于所提出的HDMG结构器件, 如果固定源端金属栅S-gate的功函数WGS使其等于本征CNT 的功函数, 而选取漏端金属栅D-gate的功函数WGd, 使其在一定范围内小于WGS, 可优化器件沟道中的电场分布, 提高器件沟道电子平均输运速率; 同时由于HDMG-CNTFET的D-gate对沟道电势具有调制作用, 使该器件阈值电压降低, 导致在相同的工作电压下, HDMG-CNTFET器件具有更大的通态电流; 而D-gate对漏电压的屏蔽作用又使HDMG-CNTFET与SMG-CNTFET相比具有更好的栅控能力 及减小 漏极感应势垒降低效应、热电子效应和双极导电性等优点. 本研究通过合理选取HDMG-CNTFET双栅电极的功函数, 有效克服了现有研究中存在的改善CNTFET性能需要以减小通态电流为代价的不足, 重要的是提高了器件的电子输运效率, 进而可提高特征频率、减小延迟时间, 有利于将CNTFET器件应用于高速/高频电路.
    To improve the carbon nanotube field effect transistor (CNTFET) device performance and enhance the electron transport efficiency of the device, a heterogeneous-dual-metal-gate (HDMG)-CNTFET is proposed. By appropriately modifying the transport model for single-metal-gate (SMG)-CNTFET, the electron transport properties of the HDMG-CNTFET device are investigated. The results indicate that the work function WGS of the metal gate near the source (S-gate) is fixed such that it is equal to that of the intrinsic CNT, and the work function WGd of the metal gate near the drain (D-gate) is selected to be smaller than WGS within a certain range, the electric field distribution can be optimised and the average electron velocity in the CNTFET channel can be significantly increased; at the same time, due to the electric potential modulation by the D-gate, the device has a lower threshold voltage. When the same operating voltage is applied, HDMG-CNTFET has a larger on-state current than SMG-CNTFT; and due to the shielding effect of the drain voltage variation by D-gate, the HDMG-CNTFET device exhibits good gate-control ability and can suppress the drain-induced barrier lower effect, hot electron effect and ambipolar conduction behavior compared with SMG-CNTFET. This study, by reasonably selecting the gate electrode work function of the HDMG-CNTFET, can effectively overcome the deficiency of existing research on improving the CNTFET performance at the expense of reducing the on-current, more importantly, can improve the electron transport efficiency, thereby improving the characteristic frequency and reducing the delay time of the device, which will be of benefit to CNTFET application in high-speed/high-frequency circuit.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 21171081);辽宁省科技厅自然科学基金(批准号: 20082050)和辽宁省教育厅高等学校科研基金(批准号: L2010152)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 21171081), the Natural Science Foundation of Liaonning Province, China (Grant No. 20082050), and the Liaoning Province Education Department Research Project, China (Grant No. L2010152).
    [1]

    Mintmire J W, Dunlap B I, White C T 1992 Phys. Rev. Lett. 68 631

    [2]

    Hamada N, Sawada S, Oshiyama A 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1579

    [3]

    Saito R, Fujita M, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 1992 Appl. Phys. Lett. 46 1804

    [4]

    Sander J T, Alwin R M V, Cees D 1998 Nature 393 49

    [5]

    Martel R, Schmidt T, Shea H R 1998 Appl. Phys. Lett. 73 2447

    [6]

    Seidel R V, Graham A P, Kretz J, Rajasekharan B, Duesberg G S, Liebau M, Unger E, Kreupl F 2005 Nano Lett. 5 147

    [7]

    Sébastien F, Hugues C H, Johnny G, Cristell M, Thomas Z, Jean P B, Philippe D, Sylvie G R 2008 IEEE Trans. Electron. Dev. 55 1317

    [8]

    Li J P, Zhang W J, Zhang Q F, Wu J L 2007 Acta Phys. Sin. 56 1054 (in Chinese) [李萍剑, 张文静, 张琦锋, 吴锦雷 2007 56 1054]

    [9]

    Zahra A, Ali A O 2008 Physica E 41 196

    [10]

    Liu X H, Zhang J S, Wang J W, Ao Q, Wang Z, Ma Y, Li X, Wang Z S, Wang R Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 107302 (in Chinese) [刘兴辉, 张俊松, 王绩伟, 敖强, 王震, 马迎, 李新, 王振世, 王瑞玉 2012 61 107302]

    [11]

    Ali N, Parviz K, Ali A O 2010 Superlat. Microstruct. 50 145

    [12]

    Ali N, Keshavarzi P 2012 Superlat. Microstruct. 52 962

    [13]

    Wind S J, Appenzeller J, Avouris P 2003 Phys. Rev. Lett. 91 058301

    [14]

    Park J Y, Rosenblatt S, Yaish Y 2004 Nano Lett. 4 517

    [15]

    Liang W, Bockrath M, Bozovic D, Hafner J H, Tinkham M 2001 Nature 41 665

    [16]

    Chen Z H, Farmer D, Xu S, Gordon, R F, Avouris P H, Appenzeller J 2008 IEEE Trans. Dev. Lett. 29 183

    [17]

    Guo J, Datta S, Anantram M P, Mark L 2004 J. Comput. Electron. 3 373

    [18]

    Fiori G, Iannaccone G, Klimeck G 2006 IEEE Trans. Electron. Dev. 53 1782

    [19]

    Hasan S, Salahuddin S, Vaydyanathan M, Alam M A 2005 IEEE Trans. Nanotech. 5 14

  • [1]

    Mintmire J W, Dunlap B I, White C T 1992 Phys. Rev. Lett. 68 631

    [2]

    Hamada N, Sawada S, Oshiyama A 1992 Phys. Rev. Lett. 68 1579

    [3]

    Saito R, Fujita M, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 1992 Appl. Phys. Lett. 46 1804

    [4]

    Sander J T, Alwin R M V, Cees D 1998 Nature 393 49

    [5]

    Martel R, Schmidt T, Shea H R 1998 Appl. Phys. Lett. 73 2447

    [6]

    Seidel R V, Graham A P, Kretz J, Rajasekharan B, Duesberg G S, Liebau M, Unger E, Kreupl F 2005 Nano Lett. 5 147

    [7]

    Sébastien F, Hugues C H, Johnny G, Cristell M, Thomas Z, Jean P B, Philippe D, Sylvie G R 2008 IEEE Trans. Electron. Dev. 55 1317

    [8]

    Li J P, Zhang W J, Zhang Q F, Wu J L 2007 Acta Phys. Sin. 56 1054 (in Chinese) [李萍剑, 张文静, 张琦锋, 吴锦雷 2007 56 1054]

    [9]

    Zahra A, Ali A O 2008 Physica E 41 196

    [10]

    Liu X H, Zhang J S, Wang J W, Ao Q, Wang Z, Ma Y, Li X, Wang Z S, Wang R Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 107302 (in Chinese) [刘兴辉, 张俊松, 王绩伟, 敖强, 王震, 马迎, 李新, 王振世, 王瑞玉 2012 61 107302]

    [11]

    Ali N, Parviz K, Ali A O 2010 Superlat. Microstruct. 50 145

    [12]

    Ali N, Keshavarzi P 2012 Superlat. Microstruct. 52 962

    [13]

    Wind S J, Appenzeller J, Avouris P 2003 Phys. Rev. Lett. 91 058301

    [14]

    Park J Y, Rosenblatt S, Yaish Y 2004 Nano Lett. 4 517

    [15]

    Liang W, Bockrath M, Bozovic D, Hafner J H, Tinkham M 2001 Nature 41 665

    [16]

    Chen Z H, Farmer D, Xu S, Gordon, R F, Avouris P H, Appenzeller J 2008 IEEE Trans. Dev. Lett. 29 183

    [17]

    Guo J, Datta S, Anantram M P, Mark L 2004 J. Comput. Electron. 3 373

    [18]

    Fiori G, Iannaccone G, Klimeck G 2006 IEEE Trans. Electron. Dev. 53 1782

    [19]

    Hasan S, Salahuddin S, Vaydyanathan M, Alam M A 2005 IEEE Trans. Nanotech. 5 14

  • [1] 王冲, 赵梦荻, 裴九清, 何云龙, 李祥东, 郑雪峰, 毛维, 马晓华, 张进成, 郝跃. AlGaN/GaN双异质结F注入增强型高电子迁移率晶体管.  , 2016, 65(3): 038501. doi: 10.7498/aps.65.038501
    [2] 吴绍全, 方栋开, 赵国平. 电子关联效应对平行双量子点系统磁输运性质的影响.  , 2015, 64(10): 107201. doi: 10.7498/aps.64.107201
    [3] 安兴涛, 穆惠英, 咸立芬, 刘建军. 量子点双链中电子自旋极化输运性质.  , 2012, 61(15): 157201. doi: 10.7498/aps.61.157201
    [4] 史宏云, 陈贺胜. 单电子在含有双能级原子的空腔中的输运行为.  , 2012, 61(2): 020301. doi: 10.7498/aps.61.020301
    [5] 余晨辉, 罗向东, 周文政, 罗庆洲, 刘培生. 新型双异质结高电子迁移率晶体管的电流崩塌效应研究.  , 2012, 61(20): 207301. doi: 10.7498/aps.61.207301
    [6] 张贤高, 方忠慧, 陈坤基, 钱昕晔, 刘广元, 徐骏, 黄信凡, 何飞. 双栅调控的硅量子线中的库仑振荡效应.  , 2011, 60(2): 027304. doi: 10.7498/aps.60.027304
    [7] 贺兵香, 何济洲. 双势垒InAs/InP纳米线异质结热电子制冷机.  , 2010, 59(6): 3846-3850. doi: 10.7498/aps.59.3846
    [8] 欧阳方平, 徐慧, 林峰. 双空位缺陷石墨纳米带的电子结构和输运性质研究.  , 2009, 58(6): 4132-4136. doi: 10.7498/aps.58.4132
    [9] 金莲, 朱林, 李玲, 谢征微. 多层结构双自旋过滤隧道结中的电子输运特性.  , 2009, 58(12): 8577-8583. doi: 10.7498/aps.58.8577
    [10] 陈将伟, 杨林峰. 有限长双壁碳纳米管的电子输运性质.  , 2005, 54(5): 2183-2187. doi: 10.7498/aps.54.2183
    [11] 陈 丽, 李 华. 新型超导材料MgCNi3的电子结构与超导电性研究.  , 2004, 53(3): 922-926. doi: 10.7498/aps.53.922
    [12] 谭明秋, 陶向明, 徐小军, 何军辉, 叶高翔. MgCNi3的电子结构、光学性质与超导电性.  , 2003, 52(2): 463-467. doi: 10.7498/aps.52.463
    [13] 王 浩, 郭 永, 顾秉林. 恒定电场下双磁垒结构中的电子输运行为.  , 1999, 48(9): 1723-1732. doi: 10.7498/aps.48.1723
    [14] 沈耀文, 张志鹏, 陈龙海, 黄美纯. (Ba_(1-x)K_x)BiO_3电子结构与超导电性.  , 1996, 45(10): 1737-1743. doi: 10.7498/aps.45.1737
    [15] 崔云龙, 林森浩, 张家骅. 碘掺杂聚乙炔电子自旋共振及导电性的研究.  , 1993, 42(2): 340-344. doi: 10.7498/aps.42.340
    [16] 陈世民, 孙继信. Nd-(Ce)-Cu-O的电子结构和超导电性.  , 1990, 39(12): 1994-1998. doi: 10.7498/aps.39.1994
    [17] 沈耀文, 黄美纯. 六角结构WC和MoC的自洽能带、电子压力和超导电性.  , 1988, 37(12): 2028-2033. doi: 10.7498/aps.37.2028
    [18] 吴柏枚, 陈兆甲. 非晶Nb-Ni合金的电子结构及其磁性和超导电性.  , 1988, 37(1): 29-35. doi: 10.7498/aps.37.29
    [19] 厉彦民, 章立源. 对角无序对三重态双极化子系统的超导电性的影响.  , 1987, 36(6): 796-800. doi: 10.7498/aps.36.796
    [20] 杨玉芬. 双异质结双漂移区InP/InGaAsP/InP微波雪崩二极管的设想.  , 1981, 30(6): 794-801. doi: 10.7498/aps.30.794
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-13
  • 修回日期:  2013-04-02
  • 刊出日期:  2013-07-05

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