文档介绍：单位代码: 10293 密级:
专业学位硕士论文
论文题目: 纳米 MOS 器件含时输运特性的研究
学号 1210022611
姓名肖广然
导师王伟
专业学位类别工程硕士
类型申请全日制
专业申请(领域) 集成电路
论文提交日期 2013 年 4 月
The time-dependent research of nano MOS devices
Thesis Submitted to Nanjing University of Posts and
munications for the Degree of
Master of Engineering
By
Xiao Guangran
Supervisor: Prof. Wang Wei
April 2013
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研究生签名:____________ 导师签名:____________ 日期:_____________
摘要
碳材料场效应晶体管是目前研究的热点,石墨烯和纳米碳管因其具有独特的电子能带
结构和优越的电子传输特性而被认为是最有可能成为构筑未来纳电子的基元材料。本文基
于紧缚模型,采用非平衡格林函数(NEGF)和泊松方程自洽求解,以及直接在时域中迭
代计算含时非平衡格林函数的方法,求解了碳基器件在静态和瞬态下的不同电流响应情况,
对其中载流子的物理输运机制进行了系统的理论研究,并得到了一些有意义的结果。
TFET)提出了一种 HALO 掺杂的双材料异质栅碳纳
米管场效应管结构,计算的结果表明异质栅使得沟道表面的势能呈阶梯状分布,构成栅极
的两种金属功函数相差越大,阶梯越明显,对亚阈值特性的提升也越大。该结构的截止频
率能够达到太赫兹,亚阈值特性也远好于传统结构的器件。但随着栅长的增加,栅寄生电
容会增加而跨导会减小,从而降低器件的高频性能。之后研究了 HALO 掺杂和异质栅对石
墨烯条带场效应管(GNRFET)的影响,从电势分布、亚阈值特性等方面的比较发现 HALO
掺杂和异质栅结构对 GNRFET TFET 的影响,异质栅同样能使 GNRFET
沟道表面的电势呈阶梯状,HALO 掺杂和异质栅都能够提升 GNRFET 的亚阈值特性。
其次,基于 NEGF 量子模型计算结果,比较了石墨烯和碳纳米管两种典型器件结构的
电学性能。发现石墨烯由于带隙较小,受到带间隧穿、漏势垒降低等效应的影响较大,具
有较大的电流,截止频率能够达到太赫兹,但是开关特性较差,适合用于对开关特性要求
不高,需要较好高频特性的模拟电路中。而碳纳米管则具有较好的综合性能,在开关电流
比和电压增益上有很大的优势,高频性能相比石墨烯较弱,更适合于对响应速度要求很高
的数字电路中。
最后讨论了直接在时域中求解 NEGF 过程中时间区间的问题,通过对无穷时间上下限
的替换计算得到了低维半导体系统的含时输运特性。发现在外加电压作用的瞬间,系统会
出现突然增加的电流,类似于传统 CMOS 器件的过冲效应。当输入电压为单个方波时,响
应电流会呈现出平滑的逐步振荡衰减,最终趋于稳态。当输入电压为连续方波时,电流的
振荡幅度和频率与电压幅度成正比。
关键词: 碳基材料场效应管,含时输运特性,非平衡格林函数,HALO 掺杂,异质栅
I
Abstract
The carbon materials will be promisi