ساختار جدید ترانزیستور اثر میدانی نانو لوله کربنی تونل زنی با دوپینگ خطی در ناحیه درین: شبیه‌سازی عددی کوانتومی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی کرمانشاه

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی کرمانشاه

چکیده

برای اولین بار، در این مقاله یک ترانزیستور اثر میدانی نانو لوله کربنی تونل زنی جدید پیشنهاد شده است که در این ساختار جدید به جای استفاده از یک دوپینگ سنگین در ناحیه درین ساختار متداول، از یک دوپینگ خطی استفاده شده است. این دوپینگ از وسط ناحیه درین به صورت خطی به سمت ناحیه کانال گسترش یافته است. میزان ناخالصی در محل اتصال کانال-درین صفر است. این ساختار ترانزیستور اثر میدانی نانو لوله کربنی تونل زنی با دوپینگ خطی (LD-T-CNTFET) نامیده می‌شود. رفتار الکتریکی افزاره پیشنهادی با شبیه‌سازی عددی کوانتومی و با استفاده از روش تابع گرین غیرتعادلی (NEGF) مورد بررسی قرار گرفته است. . نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که رفتار حالت روشن، حالت خاموش، نوسان زیر آستانه و کلیدزنی ساختار پیشنهادی در مقایسه با ساختار متداول بسیار بهتر می‌باشد. همچنین ساختار LD-T-CNTFET در مقایسه با ساختار متداول دارای فرکانس قطع بالاتری است و در نتیجه کاندیدای مناسبی برای کاربردهای با توان مصرفی کم و فرکانس بالا می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A new tunneling carbon nanotube field effect transistor with linear doping profile at drain region: numerical simulation study

نویسندگان [English]

  • Behrooz Abdi Tahneh 1
  • Ali Naderi 2
1 university
2 Electrical engineering department, Energy faculty, Kermanshah University of Technology
چکیده [English]

For the first time, a new structure is proposed for tunneling CNTFET (T-CNTFET). In this new structure, the drain region is divided into two parts, and the part near the channel has a linear doping profile. This new structure is called T-CNTFET with linear doping in drain (LD-T-CNTFET). The obtained results using a non-equilibrium Green’s function (NEGF) method show that the LD-T-CNTFET compared with conventional T-CNTFET leads to increase in ON current, reduction in OFF current, increasing current ratio, reducing sub-threshold swing, reducing power consumption and increasing the transistor speed. In addition to the mentioned benefits, the LD-T-CNTFET structure increases the cutoff frequency in comparison with conventional T-CNTFET structure. Therefore, it can be said that LD-T-CNTFET is a proper structure for the applications with low power consumption and high speed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tunneling
  • LD-T-CNTFET
  • Quantum simulation
  • NEGF
  • Power consumption
  • Cutoff frequency

[1] D. L. Pulfrey, and L. Chen, "Comparison of p-i-n and n-i-n carbon nanotube FETs regarding high-frequency performance", Solid-State Electronics, Vol. 53, NO. 9, September 2009, pp. 935-939.
[2] S. O. Koswatta, D. E. Nikonov, and M. S. Lundstrom, "Computational study of carbon nanotube p-i-n tunnel FETs", InElectron Devices Meeting, IEDM Technical Digest. IEEE International, December 2005, pp. 518-521.
[3] A. Naderi, and P. Keshavarzi, "Novel carbon nanotube field effect transistor with graded double halo channel", Superlattices and Microstructures, Vol. 51, NO. 5, May 2012, pp. 668-679.
[4] S. Poli, S. Reggiani, A. Gnudi, E. Gnani and E. Baccarani, "Computational study of the ultimate scaling limits of CNT tunneling devices", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 55, NO. 1, January 2008, pp. 313-321.
[5] L. Leem, A. Srivastava S. Li, B. Magyari-Köpe, G. Iannaccone, J. S. Harris, and G. Fiori, "Multi-scale simulation of partially unzipped CNT hetero-junction tunneling field effect transistor", InElectron Devices Meeting (IEDM), IEEE International, December 2010, pp. 32-35.
[6] W. Y. Choi, B. G. Park, J. D. Lee, and T. J. K. Liu, "Tunneling field-effect transistors (TFETs) with subthreshold swing (SS) less than 60 mV/dec", IEEE Electron Device Letters, Vol. 28, NO. 8, August 2007, pp. 743-745.
[7] M. Pourfath, H. Kosina, and S. Selberherr, "Tunneling CNTFETs", Journal of Computational Electronics, Vol. 6, NO. 1-3, September 2007, pp. 243-246.
[8] H. Wang, S. Chang, Y. Hu, H. He, J. He, Q. Huang F. He, and G. Wang, "A Novel Barrier Controlled Tunnel FET", IEEE Electron Device Letters, Vol. 35, NO. 7, July 2014, pp. 798-800.
[9] M. Ossaimee, S. Gamal, and A. Shaker, "Gate dielectric constant engineering for suppression of ambipolar conduction in CNTFETs", Electronics Letters, Vol. 51, NO. 6, March 2015, pp. 503-504.
[10] O. M. Nayfeh, C. N. Chleirigh, J. Hennessy, L. Gomez, J. L. Hoyt, and D. A. Antoniadis, "Design of tunneling field-effect transistors using strained-silicon/strained-germanium type-II staggered heterojunctions", IEEE Electron Device Letters, Vol. 29, NO. 9, September 2008, pp. 1074-1077.
[11] V. Nagavarapu, R. Jhaveri, and J. C. Woo, "The tunnel source (PNPN) n-MOSFET: A novel high performance transistor", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 55, NO. 4, April 2008, pp. 1013-1019.
[12] S. Saurabh, and M. Kumar, "Novel attributes of a dual material gate nanoscale tunnel field-effect transistor", IEEE transactions on Electron Devices, Vol. 58, NO. 2, February 2011, pp. 404-410.
[13] R. Yousefi, and S. S. Ghoreyshi, "Numerical Study of Ohmic-Schottky Carbon Nanotube Field Effect Transistor", Modern Physics Letters B, Vol. 26, NO. 15, June 2012, pp. 1250096.
[14] Z. Jamalabadi, P. Keshavarzi, and A. Naderi, "SDC-CNTFET: stepwise doping channel design in carbon nanotube field effect transistors for improving short channel effects immunity", International Journal of Modern Physics B, Vol. 28, NO. 7, March 2014, pp. 1450048-1-1450048-17.
[15] R. Yousefi, K. Saghafi, and M. K. Moravvej-Farshi, "Numerical Study of Lightly Doped Drain and Source Carbon Nanotube Field Effect Transistors", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 765-771.
[16] J. Guo, A. Javey, H. Dai, and M. Lundstrom, "Performance analysis and design optimization of near ballistic carbon nanotube field-effect transistor", InElectron Devices Meeting, IEDM Technical Digest. IEEE International, December 2004, pp. 703-706.
[17] A. A. Orouji, and Z. Arefinia, "Detailed simulation study of a dual material gate carbon nanotube field-effect transistor", Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol. 41, NO. 4, February 2009, pp. 552-557.
[18] W. Wang, T. Zhang, L. N. Li, G. Yue, and x. Yang, "High-frequency and switching performance investigations of novel lightly doped drain and source hetero-material-gate CNTFET", High-frequency and switching performance investigations of novel lightly doped drain and source hetero-material-gate CNTFET, Vol. 21, May 2014, pp. 132-139.