碳基场效应管的隧穿电流及其对逻辑电路的影响.pdf

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3、ｉ＞＇‘姻喔Ｍ《／．；一．＂ｌ记．雜＂：兔＇荒忘ＩTunnelingcurrentofcarbon-basedfield-effecttransistorsanditsinfluenceontheperformanceofcircuitsThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByGaoJianSupervisor:Prof.WangWeiMar

4、ch2015摘要首先，采用一种量子力学模型研究纳米碳基场效应管电流特性，该模型基于二维NEGF(非平衡格林函数)方程和Poisson方程自洽全量子数值解。结合器件的工作原理，研究基于栅工程和沟道工程技术的碳基场效应管输运特性。其次，在器件电学特性研究的基础上，将研究范围扩展至电路，分析采用栅工程和沟道工程碳基场效应晶体管构建的电路性能。最后，研究场效应晶体管栅极隧穿电流对与门电路逻辑操作的影响。主要研究内容如下：（1）研究基于沟道工程和栅工程技术构建纳米碳基场效应管的输运特性。基于多体量子NEGF方法，研究了异质栅和沟道轻掺杂纳米碳基器件的沟道电流特性

5、，研究结果表明，碳基器件具有与一般场效应管类似的共性：如栅长减小，DIBL效应增大；栅氧厚度的减小能提高器件亚阈特性。与普通单栅相比，异质栅结合沟道轻掺杂器件不仅具有更优的栅控能力，能更好地抑制短沟道效应，具有更低的泄漏电流、更高的电流开关比。另外，在量子输运模型基础上，讨论碳基器件载流子输运特性,探索接近最终缩小极限的器件设计理论问题，并以国际半导体技术发展指南(ITRS’10)提出的2016-2024年晶体管指标为目标参量,进行新器件结构的工程设计优化。（2）在器件电学特性的基础上，基于Verilog-A查找表模型，利用HSPICE分析几种新型结构

6、器件所构建电路，包括基于异质栅结合沟道轻掺杂CNTFET反相器（LHCINV）和6管的静态随机存储器（LHCSRAMs）的电学特性。结果表明，LHCINV具有较低的上升和下降延迟，较低的功耗和功耗延迟积（PDP）。LHCSRAMs具有较低的写数据延迟，较低的功耗和PDP。（3）利用薛定谔方程求解场效应管的栅极隧穿电流，利用查找表模型的HSPICE分析发现，器件氧化层栅极隧穿电流会对电路的逻辑功能产生影响，导致电路逻辑操作失误。关键词:碳纳米管，石墨烯，轻掺杂，异质栅，查找表，电路IAbstractFirstly,toinvestigatethecurr

7、entcharacteristicsofnanoscalecarbon-basedFETs,aquantumkineticmodelbasedontwo-dimensionalnon-equilibriumGreen’sfunction(NEGF)andPoissonequationisdeveloped.Transportpropertiesofcarbon-basedFETsbasedongateandchannelengineeringisstudied.Andonthebasisoftheelectricalcharacteristic,the

8、researchisexpandedtocircuits.Theperformancepara