بهبود عملکرد ترانزیستور اثر میدانی نانولوله کربنی تونل‌زنی در حضور ناهمپوشانی

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق، دانشکده انرژی، دانشگاه صنعتی کرمانشاه

2 گروه برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه لرستان

10.22075/jme.2019.17482.1704

چکیده

یکی از موارد مهم در فرآیند ساخت افزاره‌ها در مقیاس نانومتر، آندرلپ بین ناحیه گیت و نواحی درین– سورس است. در این مقاله برای اولین بار اثر آندرلپ بین ناحیه گیت و نواحی درین- سورس برای ترانزیستور اثر میدانی نانولوله کربنی تونل‌زنی بررسی شده است. برای مطالعه و شبیه‌سازی مشخصات الکتریکی افزاره از حل خودسازگار معادله‌های پواسون- شرودینگر و روش تابع گرین غیرتعادلی استفاده شده است. عملکرد افزاره برحسب جریان حالت روشن، جریان حالت خاموش، نسبت جریان، نوسان زیر آستانه، زمان تاخیر وحاصل‌ضرب توان در تاخیر ارزیابی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که اثر آندرلپ بعضی مشخصه‌های افزاره را بهبود می‌بخشد و روی برخی مشخصه‌ها همانند جریان اشباع اثر نامطلوب دارد. بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که آندرلپ جریان حالت خاموش را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و در نتیجه موجب کاهش تونل‌زنی باند به باند و رفتار آمبای‌پلار افزاره می‌گردد. هم‌چنین وجود آندرلپ باعث بهبود پارامتر حاصل‌ضرب توان در تاخیر در مقایسه با ساختار پایه می‌شود. اگرچه آندرلپ عمدتاً بصورت ناخواسته در فرآیند ساخت ایجاد می‌شود اما با ایجاد تعمدی آن نیز می‌توان از مزایای مذکور استفاده نمود. لذا سازنده می‌تواند با ایجاد آندرلپ و انتخاب بهینه‌ طول آن، عملکرد افزاره را در برخی پارامترهای مهم به طور قابل ملاحظه‌ای بهبود دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Improvement in the Performance of Tunneling Carbon Nanotube Field Effects Transistor in Presence of Underlap

نویسندگان [English]

  • Ali Naderi 1
  • Maryam Ghodrati 2
1 Electrical engineering department, Energy faculty, Kermanshah University of Technology
2 Electrical engineering department, Engineering Faculty, Lorestan University
چکیده [English]

Underlap between gate and drain/source area is one of the important items non-ideal effects in the device manufacturing process in the nanometer scale. In this paper, for the first time, the effect of underlap between the gate and drain/source area for tunneling carbon nanotube field effects transistor is investigated. To simulate the device, self- consistent solution of Schrodinger and Poisson equations and Non-equilibrium Green’s Function method have been employed. The function of the device is evaluated in terms of the on-state current, off-state current, current ratio, sub-threshold swing, delay time, and the power delay product. The simulation results show that the underlap effect improves some of the device characteristics and has some adverse effects on other characteristics. In the case where the length of underlap area is optimally chosen, the device performance will be improved considerably. Simulation results indicate that underlap significantly reduces the off-state current and thus reduces band-to-band tunneling and ambipolar behavior of the device. Also, the underlap effect by improving the power delay product parameter is a suitable option for low power applications compared with the conventional structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • leakage current
  • power delay product
  • tunneling carbon nanotube field effects transistor
  • non-equilibrium Green’s function (NEGF)
[1] S.O. Koswatta, D.E. Nikonov, and M. S. Lundstrom, "Computational study of carbon nanotube p-i-n tunnel FETs", IEEE International Electron Devices Meeting, IEDM Technical Digest, December 2005, pp. 518–521.
[2] M.J. Lee, and W.Y. Choi, "Effects of Device Geometry on Hetero-Gate-Dielectric Tunneling Field-Effect Transistors", IEEE Electron Device Letters, Vol. 33, No. 10, October 2012, pp. 1459–1461.
[3] A. Naderi, and S.A. Ahmadmiri, "Attributes in the Performance and Design Considerations of Asymmetric Drain and Source Regions in Carbon Nanotube Field Effect Transistors: Quantum Simulation Study", ECS Journal of Solid State Science and Technology, Vol. 5, No.7, May 2016, pp.M63–M68.
[4] A. Naderi, and P. Keshavarzi, "The effects of source/drain and gateoverlap on the performance of carbon nanotube field effect transistors", Superlattices and Microstructures, Vol. 52, No. 5, November 2012, pp. 962–976.
[5] A. Naderi, and M. Ghodrati, "Improving band-to-band tunneling in a tunneling carbon nanotube field effect transistor by multi-level development of impurities in the drain region", The European Physical Journal Plus, Vol. 132, December 2017.
[6] D.L. Pulfrey, and L. Chen, "Comparison of p-i-n and n-i-n carbon nanotube FETs regarding high-frequency performance", Solid-State Electron, Vol. 53, No. 9, September 2009, pp. 935–939.
[7] L. M. Peng, Z. Zhang, and S. Wang, "Carbon nanotube electronics: recent advances", Materials Today, Vol. 17, No. 9, November 2014, pp. 433–442.
[8] A.K. Sharma, R. Gupta, and A. Sharma, "Comparison of the Proposed Device With Conventional Gate All Around Tunnel Field Effect Transistor GAA-TFET", International Journal of Science, Technology and Management, Vol. 03, No. 09, September 2014, pp. 1537–2394.
[9] A. Rahman, J. Guo, and S. Datta, "Theory of Ballistic Nanotransistors", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 50, No. 9, September 2003, pp. 1853–1864.
[10] W. Wang, X. Yang, N. Li, G. Xiao, S. Jiang, C. Xia, and Y. Wang, "Transport study of gate and channel engineering on the surrounding gate CNTFETs based on NEGF quantum theory", Journal of Computational Electronics, Vol. 13, NO. 1, March 2014, pp. 192–197.
[11] H. Wang, Sh. 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, May 2014, pp. 798–800.
[12] A. Naderi, and M. Ghodrati, "Cut Off Frequency Variation by Ambient Heating in Tunneling p-i-n CNTFETs", ECS Journal of Solid State Science and Technology, Vol. 7, No. 2, January 2018, pp. M6–M10.
[13] A. Naderi, and M. Ghodrati, "An efficient structure for T-CNTFETs with intrinsic-n-doped impurity distribution pattern in drain region", Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, Vol. 26, No. 5, August 2018, pp. 2335–2346.
[14] J. Guo, "Carbon nanotube electronics: Modeling, physics, and applications", Purdue University, August, 2004.
[15] A. Shaker, M. Ossaimee, A. Zekry, "Effect of asymmetrical double-pockets and gate-drain underlap on Schottky barrier tunneling FET: Ambipolar conduction vs. high frequency performance", Superlattices and Microstructures, Vol. 96, 2016, pp. 179–190.
224 بهبود عملکرد ترانزیستور اثر میدانی نانولوله کربنی تونلی در حضور ناهمپوشانی
مجله مدل سازی در مهندسی سال هفدهم، شماره 59 ، زمستان 1398
[16] A. Shaker, M. Ossaimee, A. Zekry, M. Abouelatta, "Influence of Gate Overlap Engineering on Ambipolar and High Frequency Characteristics of Tunnel-CNTFET", Superlattices and Microstructures, Vol. 86, October 2015, pp. 518–530.
[ 17 [ بهروز عبدی تهنه و علی نادری، "ساختار جدید ترانزیستور اثر میدانی نانو لوله کربنی تونلزنی با دوپینگ خطی در ناحیه درین:
شبیهسازی عددی کوانتومی"، نشریه مدلسازی در مهندسی، دوره 16 ، شماره 52 ، بهار 1397 ، صفحه 109 - 117 .
]18[ علی اصغر اروجی، اکرم عنبر حیدری و زینب رمضانی،" ترانزیستور اثر میدان فلز- نیمه هادی با ناحیه بدون ناخالصی در طرف درین
برای اصلاح چگالی حاملها و کاربردهای توان بالا"، نشریه مدلسازی در مهندسی، دوره 13 ، شماره 43 ، زمستان 1394 ، صفحه 121 -
127 .
]19[ میثم زارعی و مهسا مهراد، " تکنیک نوین برای کاهش اثر خودگرمایی در ترانزیستورهای اثرمیدان با سورس و درین گسترده شده"،
نشریه مدلسازی در مهندسی، دوره 16 ، شماره 53 ، تابستان 1397 ، صفحه 149 - 155 .