本文關(guān)鍵詞：石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)性能的模擬

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【摘要】：鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FeFET)作為最潛力的鐵電存儲(chǔ)器之一,因其具有非破壞性讀取、高集成度、抗輻射等優(yōu)點(diǎn)而受到研究者的廣泛關(guān)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(yán)重的擴(kuò)散等問題,使得FeFET的數(shù)據(jù)保持時(shí)間短。石墨烯與鐵電材料接觸良好,不存在擴(kuò)散等問題。另外,石墨烯還具有尺寸小、遷移率高等特點(diǎn),對(duì)實(shí)現(xiàn)高速高密度的存儲(chǔ)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(gòu)建了石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MFG-FET),建立了該晶體管電學(xué)性能模型,并研究了基底材料與鐵電層相關(guān)參數(shù)對(duì)晶體管電學(xué)性能的影響。主要內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)考慮石墨烯的量子電容效應(yīng),基于鐵電極化Lue模型和石墨烯量子輸運(yùn)模型,建立了MFG-FET器件電學(xué)性能模型。基于該模型,模擬了應(yīng)用電壓對(duì)MFG-FET器件C-V特性、存儲(chǔ)窗口以及輸出特性的影響。結(jié)果表明:對(duì)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(chǔ)窗口較大,具有更好的存儲(chǔ)性能。(2)根據(jù)建立的模型,研究了基底材料對(duì)MFG-FET器件電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:隨著基底材料相對(duì)介電常數(shù)的減小,石墨烯溝道層費(fèi)米速度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。隨著石墨烯溝道層費(fèi)米速度的增大,MFG-FET器件的低電容呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)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(shí)MFG-FET器件的開態(tài)電流呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì),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(guān)參數(shù)對(duì)MFG-FET器件電學(xué)性能的影響。結(jié)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(shì)、存儲(chǔ)窗口呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。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(duì)介電常數(shù)的增大,MFG-FET器件的高低總電容呈增大的趨勢(shì),存儲(chǔ)窗口呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。相對(duì)介電常數(shù)的減小能夠適當(dāng)降低器件功耗。當(dāng)鐵電層自發(fā)極化的增大,MFG-FET的存儲(chǔ)窗口呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。當(dāng)鐵電層剩余極化的增大時(shí),MFG-FET的存儲(chǔ)窗口呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì),同時(shí)其存儲(chǔ)窗口能夠更快的達(dá)到最大飽和值。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 FeFET 量子電容 費(fèi)米速度 存儲(chǔ)窗口
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN386;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 場(chǎng)效應(yīng)晶體管9-12
• 1.1.1 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的簡(jiǎn)介10-11
• 1.1.2 場(chǎng)效應(yīng)晶體管原理的簡(jiǎn)介11-12
• 1.2 鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管12-14
• 1.2.1 鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的發(fā)展歷程13
• 1.2.2 鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管各層材料的選擇13-14
• 1.3 石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管14-17
• 1.3.1 石墨烯材料晶體結(jié)構(gòu)及電子能帶結(jié)構(gòu)14-16
• 1.3.2 石墨烯作為FeFET溝道層的優(yōu)勢(shì)16
• 1.3.3 石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)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(chǎng)效應(yīng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管C-V特性模型25-26
• 2.2.3 石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸出特性模型26-27
• 2.3 石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)性能的模擬27-29
• 2.3.1 石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管C-V特性模擬27-29
• 2.3.2 石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸出特性模擬29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第3章 基底材料對(duì)石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)性能的影響31-37
• 3.1 引言31
• 3.2 基底材料對(duì)石墨烯溝道層費(fèi)米速度的調(diào)控31-33
• 3.3 基底材料對(duì)MFG-FET C-V特性的影響33-34
• 3.4 基底材料對(duì)MFG-FET輸出特性的影響34-35
• 3.5 小結(jié)35-37
• 第4章 鐵電層對(duì)石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)性能的影響37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 鐵電層厚度對(duì)MFG-FET電學(xué)性能的影響37-40
• 4.2.1 鐵電層厚度對(duì)MFG-FET C-V特性的影響37-38
• 4.2.2 鐵電層厚度對(duì)MFG-FET存儲(chǔ)窗口的影響38-39
• 4.2.3 鐵電層厚度對(duì)MFG-FET輸出特性的影響39-40
• 4.3 鐵電層材料介電性能對(duì)MFG-FET電學(xué)性能的影響40-43
• 4.3.1 鐵電層材料介電性能對(duì)MFG-FET C-V特性的影響40-42
• 4.3.2 鐵電層材料介電性能對(duì)MFG-FET存儲(chǔ)窗口的影響42
• 4.3.3 鐵電層材料介電性能對(duì)MFG-FET輸出特性的影響42-43
• 4.4 鐵電層極化對(duì)MFG-FET存儲(chǔ)窗口的影響43-45
• 4.4.1 鐵電層自發(fā)極化對(duì)MFG-FET存儲(chǔ)窗口的影響43-44
• 4.4.2 鐵電層剩余極化對(duì)MFG-FET存儲(chǔ)窗口的影響44-45
• 4.5 本章小結(jié)45-47
• 第5章 總結(jié)與展望47-49
• 5.1 論文總結(jié)47-48
• 5.2 研究展望48-49
• 參考文獻(xiàn)49-55
• 致謝55-56
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷56
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利56

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