【摘要】：本文采用一種量子力學模型,研究了MOSFET型碳基場效應管的電學特性。該模型基于非平衡格林函數(NEGF)和泊松(Poisson)方程自洽全量子數值解。運用該方法研究了基于不同柵極結構的場效應管的穩(wěn)態(tài)特性。另外,在器件電學特性的基礎上,將研究范圍擴展至電路,分析了異質結構碳納米管場效應管(CNTFETs)和石墨烯納米條帶場效應管(GNRFETs)構建電子電路的性能。最后,本文研究了場效應管柵極隧穿電流對邏輯電路功能的影響。本文的主要內容涉及以下三個方面:首先,研究了異質柵結構n-i-n型場效應管以及異質氧化層結構p-i-n型場效應管的電學特性,并與普通結構的場效應管進行比較。結果表明:異質結構盡管增大了器件的遲滯時間,但可以顯著提高器件的開關電流比、抑制短溝道效應、減小亞閾擺幅。其次,在器件電學特性的基礎上利用Verilog-A建立相應查找表(LUT)模型,在HSPICE中構建電子電路,研究異質結構器件對于電路性能的影響。對于n-i-n型場效應管構建電路,計算了柵金屬功函數對功耗,延遲以及功耗-延遲積(PDP)等電路性能的影響,并得出能夠減小PDP的優(yōu)化值;對于p-i-n型場效應管構建的邏輯電路,從柵長、供電電壓以及溫度三個方面比較了普通結構隧穿場效應管(TFET)、高k-隧穿場效應管(HK-TFET)和異質隧穿場效應管(HTFET)電路穩(wěn)定性。結果表明,盡管HKTFET構建的邏輯電路具有最小的PDP,但是HTFET構建的邏輯電路的PDP隨柵長、溫度的變化率最小,即HTFET具有較高的穩(wěn)定性。最后,探討了碳基場效應管的柵極隧穿電流對于邏輯電路功能的影響。在碳基場效應管的等效電路模型的基礎上利用查找表加入柵極隧穿電流,并構建邏輯電路,研究了場效應管柵極隧穿電流對電路邏輯功能的影響。結果表明,當晶體管柵極氧化層厚度達到0.5nm時,急劇增大的柵極隧穿電流會造成邏輯電路功能錯誤。
[Abstract]:In this paper, a quantum mechanical model is used to study the electrical properties of MOSFET type carbon based FET. The model is based on the nonequilibrium Green function (NEGF) and Poisson (Poisson) equation. The steady-state characteristics of FET based on different gate structures are studied by using this method. In addition, on the basis of the electrical properties of the device, the research scope is extended to the circuit, and the performance of the heterostructure carbon nanotube field effect tube (CNTFETs) and graphene nanostrip field effect tube (GNRFETs) are analyzed. Finally, the effect of gate tunneling current of FET on the function of logic circuit is studied. The main contents of this paper are as follows: firstly, the electrical properties of heterogate n-i-n FET and heterooxide p-i-n FET are studied. It is compared with the FET with common structure. The results show that the heterostructure increases the hysteresis time of the device, but it can significantly increase the switching current ratio of the device, suppress the short channel effect and reduce the sub-threshold swing amplitude. Secondly, on the basis of the electrical characteristics of the device, the corresponding lookup table (LUT) model is established by using Verilog-A, and the electronic circuit is constructed in the HSPICE, and the influence of the heterostructure device on the circuit performance is studied. For the n-i-n FET circuit, the influence of gate metal work function on power consumption, delay and (PDP) is calculated, and the optimized value of PDP is obtained. For the logic circuit of p-i-n FET, the (TFET), of tunneling FET with common structure is compared from three aspects: gate length, supply voltage and temperature. Stability of high k- tunneling field effect transistor (HK-TFET) and heterostructure tunneling field effect transistor (HTFET) circuits. The results show that although the logic circuit constructed by HKTFET has the smallest PDP, the PDP of the logic circuit constructed by HTFET is the least with the gate length and the rate of temperature change is minimum, that is, the HTFET has higher stability. Finally, the effect of gate tunneling current of carbon based FET on the function of logic circuit is discussed. Based on the equivalent circuit model of carbon based FET, the gate tunneling current is added by lookup table, and the logic circuit is constructed. The effect of FET gate tunneling current on circuit logic function is studied. The results show that when the oxide layer thickness of the transistor gate reaches 0.5nm, the rapidly increasing gate tunneling current will cause the logic circuit function error.
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

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本文編號：2350028