本文關鍵詞：石墨烯溝道鐵電場效應晶體管電學性能的模擬

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【摘要】：鐵電場效應晶體管(FeFET)作為最潛力的鐵電存儲器之一,因其具有非破壞性讀取、高集成度、抗輻射等優(yōu)點而受到研究者的廣泛關注。目前,FeFET基本上都是采用硅溝道。鐵電薄膜與硅界面存在嚴重的擴散等問題,使得FeFET的數(shù)據(jù)保持時間短。石墨烯與鐵電材料接觸良好,不存在擴散等問題。另外,石墨烯還具有尺寸小、遷移率高等特點,對實現(xiàn)高速高密度的存儲器十分有利�？梢娫贔eFET中,石墨烯是Si良好的替代者。本論文構建了石墨烯溝道鐵電場效應晶體管(MFG-FET),建立了該晶體管電學性能模型,并研究了基底材料與鐵電層相關參數(shù)對晶體管電學性能的影響。主要內容和結果如下:(1)考慮石墨烯的量子電容效應,基于鐵電極化Lue模型和石墨烯量子輸運模型,建立了MFG-FET器件電學性能模型。基于該模型,模擬了應用電壓對MFG-FET器件C-V特性、存儲窗口以及輸出特性的影響。結果表明:對比傳統(tǒng)Si溝道MFS-FET器件,MFG-FET具有更低的開態(tài)電流。MFG-FET器件的存儲窗口較大,具有更好的存儲性能。(2)根據(jù)建立的模型,研究了基底材料對MFG-FET器件電學性能的影響。結果表明:隨著基底材料相對介電常數(shù)的減小,石墨烯溝道層費米速度呈現(xiàn)增大的趨勢。隨著石墨烯溝道層費米速度的增大,MFG-FET器件的低電容呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢而高電容保持不變,因此能夠使得MFG-EFT高低電容之比增大。同時MFG-FET器件的開態(tài)電流呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,這有利于降低MFG-FET器件的功耗。(3)根據(jù)建立的模型,研究了鐵電層相關參數(shù)對MFG-FET器件電學性能的影響。結果表明:隨著鐵電層厚度的增加,MFG-FET器件的總電容呈減小的趨勢、存儲窗口呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。鐵電層厚度增大能夠減小MFG-FET器件開態(tài)電流,從而降低器件的功耗。隨著鐵電層相對介電常數(shù)的增大,MFG-FET器件的高低總電容呈增大的趨勢,存儲窗口呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。相對介電常數(shù)的減小能夠適當降低器件功耗。當鐵電層自發(fā)極化的增大,MFG-FET的存儲窗口呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。當鐵電層剩余極化的增大時,MFG-FET的存儲窗口呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢,同時其存儲窗口能夠更快的達到最大飽和值。
【關鍵詞】：石墨烯 FeFET 量子電容 費米速度 存儲窗口
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 場效應晶體管9-12
• 1.1.1 場效應晶體管的簡介10-11
• 1.1.2 場效應晶體管原理的簡介11-12
• 1.2 鐵電場效應晶體管12-14
• 1.2.1 鐵電場效應晶體管的發(fā)展歷程13
• 1.2.2 鐵電場效應晶體管各層材料的選擇13-14
• 1.3 石墨烯溝道鐵電場效應晶體管14-17
• 1.3.1 石墨烯材料晶體結構及電子能帶結構14-16
• 1.3.2 石墨烯作為FeFET溝道層的優(yōu)勢16
• 1.3.3 石墨烯溝道鐵電場效應晶體管的研究現(xiàn)狀及存在問題16-17
• 1.4 選題依據(jù)和主要工作17-19
• 1.4.1 本文選題依據(jù)17
• 1.4.2 本文主要工作17-19
• 第2章 石墨烯溝道鐵電場效應晶體管電學性能模型的建立與分析19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 石墨烯溝道鐵電場效應晶體管基本模型的建立19-27
• 2.2.1 模型建立的基本思路和方法19-25
• 2.2.2 石墨烯溝道鐵電場效應晶體管C-V特性模型25-26
• 2.2.3 石墨烯溝道鐵電場效應晶體管輸出特性模型26-27
• 2.3 石墨烯溝道鐵電場效應晶體管電學性能的模擬27-29
• 2.3.1 石墨烯溝道鐵電場效應晶體管C-V特性模擬27-29
• 2.3.2 石墨烯溝道鐵電場效應晶體管輸出特性模擬29
• 2.4 本章小結29-31
• 第3章 基底材料對石墨烯溝道鐵電場效應晶體管電學性能的影響31-37
• 3.1 引言31
• 3.2 基底材料對石墨烯溝道層費米速度的調控31-33
• 3.3 基底材料對MFG-FET C-V特性的影響33-34
• 3.4 基底材料對MFG-FET輸出特性的影響34-35
• 3.5 小結35-37
• 第4章 鐵電層對石墨烯溝道鐵電場效應晶體管電學性能的影響37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 鐵電層厚度對MFG-FET電學性能的影響37-40
• 4.2.1 鐵電層厚度對MFG-FET C-V特性的影響37-38
• 4.2.2 鐵電層厚度對MFG-FET存儲窗口的影響38-39
• 4.2.3 鐵電層厚度對MFG-FET輸出特性的影響39-40
• 4.3 鐵電層材料介電性能對MFG-FET電學性能的影響40-43
• 4.3.1 鐵電層材料介電性能對MFG-FET C-V特性的影響40-42
• 4.3.2 鐵電層材料介電性能對MFG-FET存儲窗口的影響42
• 4.3.3 鐵電層材料介電性能對MFG-FET輸出特性的影響42-43
• 4.4 鐵電層極化對MFG-FET存儲窗口的影響43-45
• 4.4.1 鐵電層自發(fā)極化對MFG-FET存儲窗口的影響43-44
• 4.4.2 鐵電層剩余極化對MFG-FET存儲窗口的影響44-45
• 4.5 本章小結45-47
• 第5章 總結與展望47-49
• 5.1 論文總結47-48
• 5.2 研究展望48-49
• 參考文獻49-55
• 致謝55-56
• 個人簡歷56
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及專利56

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