VAI TRÒ VÀ THIẾT KẾ KHÁC NHAU CỦA ĐIỆN MÔI CỰC CỔNG DỊ CẤU TRÚC TRONG CÁC TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG XUYÊN HẦM ĐƠN VÀ LƯỠNG CỔNG

Nguyễn Đăng Chiến, Lưu Thế Vinh, Huỳnh Thị Hồng Thắm, Chun Hsing Shih

Tóm tắt


Kỹ thuật điện môi cực cổng dị cấu trúc không chỉ giúp giảm dòng lưỡng cực mà còn làm tăng dòng mở của transistor trường xuyên hầm (tunnel field-effect transistr (TFET)). Dựa trên mô phỏng hai chiều, chúng tôi nghiên cứu vai trò và thiết kế của lớp điện môi dị cấu trúc trong TFET đơn và lưỡng cổng. Kết quả cho thấy vai trò và thiết kế của chuyển tiếp điện môi dị cấu trúc phía nguồn trong TFET đơn và lưỡng cổng hầu như giống nhau. Tuy nhiên, vai trò và thiết kế của chuyển tiếp điện môi dị cấu trúc phía máng rất khác nhau trong TFET đơn và lưỡng cổng. Trong cả hai cấu trúc, vị trí tối ưu của chuyển tiếp phía nguồn không phụ thuộc vào tỉ số bề dày ô-xít tương đương của các lớp điện môi có độ điện thẩm cao và thấp. Khi tăng tỉ số này, sự tăng dòng mở nhờ chuyển tiếp phía nguồn đầu tiên tăng (tỉ số < 12) và rồi bão hòa (tỉ số > 12). Đối với chuyển tiếp phía máng, vai trò của nó trong việc tăng dòng mở rất hạn chế trong TFET lưỡng cổng (mọi tỉ số) nhưng lại lớn trong TFET đơn cổng (tỉ số < 12). Khi tỉ số < 12, vị trí tối ưu của chuyển tiếp phía máng trong TFET lưỡng cổng xa cực nguồn hơn 2-3 nm so với trong TFET đơn cổng. Khi tỉ số > 12, vị trí tối ưu của chuyển tiếp phía máng trong TFET lưỡng cổng không phụ thuộc vào tỉ số này, nhưng trong TFET đơn cổng lại phụ thuộc. Những khác biệt trên là do các giếng thế định xứ trong hai cấu trúc có độ sâu khác nhau.


Từ khóa


Chất cách điện có độ điện thẩm cao; Điện môi cực cổng dị cấu trúc; FET xuyên hầm; Transistor lưỡng cổng; Xuyên hầm qua vùng cấm.

Toàn văn:

PDF (English)

Các tài liệu tham khảo


Appenzeller, J., Lin, Y.-M., Knoch, J., & Avouris, Ph. (2004). Band-to-band tunneling in carbon nanotube field-effect transistors. Physical Review Letters, 93(19), 1-4.

Bagga, N., Chauhan, N., Banchhor, S., Gupta, D., & Dasgupta, S. (2020). Demonstration of a novel tunnel FET with channel sandwiched by drain. Semiconductor Science Technology, 35, 1-7.

Beniwal, S. & Saini, G. (2019). L-shaped tunnelling field effect transistor with hetero-gate dielectric and hetero dielectric box. Paper presented at The 3rd International Conference on Trends in Electronics and Informatics, Tirunelveli, India. http://dx.doi.org/10.1109/ICOEI.2019.8862520.

Boucart, K. & Ionescu, A. M. (2007). Double-gate tunnel FET with high-κ gate dielectric. IEEE Transactions on Electron Devices, 54(7), 1725-1733.

Chien, N. D., Anh, T. T. K., Chen, Y.-H., & Shih, C.-H. (2019). Device physics and design of symmetrically doped tunnel field-effect transistors. Microelectronic Engineering, 216, 1-9.

Chien, N. D., & Vinh, L. T. (2013). Drive current enhancement in tunnel field-effect transistors by graded heterojunction approach. Journal of Applied Physics, 114(9), 1-6.

Choi, W. Y., Park, B.-G., Lee, J. D., & Liu, T.-J. K. (2007). Tunneling field-effect transistors (TFETs) with subthreshold swing (SS) less than 60 mV/dec. IEEE Electron Device Letters, 28(8), 743-745.

Duan, X., Zhang, J., Wang, S., Li, Y., Xu S., & Hao, Y. (2018). A high-performance gate engineered InGaN dopingless tunnel FET. IEEE Transactions on Electron Devices, 65(3), 1223-1229.

Hraziia, A. V., Amara, A., & Anghel, C. (2012). An analysis on the ambipolar current in Si double-gate tunnel FETs. Solid-State Electronics, 70, 67-72.

IEEE. (2020). International Roadmap for Devices and Systems. Retrieved from https://irds.ieee.org/.

Joshi, T., Singh, B., & Singh, Y. (2020). Controlling the ambipolar current in ultrathin SOI tunnel FETs using the back-bias effect. Journal of Computational Electronics, 19, 658-667.

Kane, E. O. (1961). Theory of tunneling. Journal of Applied Physics, 32(1), 83-91.

Koswatta, S. O., Lundstrom, M. S., & Nikonov, D. E. (2009). Performance comparison between p-i-n tunneling transistors and conventional MOSFETs. IEEE Transactions on Electron Devices, 56(3), 456-465.

Liu, C., Ren, Q., Chen, Z., Zhao, L., Liu, C., Liu, Q., … & Zhao, Q.-T. (2019). A T-shaped SOI tunneling field-effect transistor with novel operation modes. IEEE Journal of the Electron Devices Society, 7, 1114-1118.

Lyu, Z., Lu, H., Zhang, Y., Zhang, Y., Lu, B., Zhu, Y., … & Sun, J. (2020). Characteristic enhancement in tunnel field-effect transistors via introduction of vertical graded source. Chinese Physics B, 29(5), 1-6. Retrieved from http://cpb.iphy.ac.cn/article/2020/2030/cpb_29_5_058501.html

Mookerjea, S., & Datta, S. (2008). Comparative study of Si, Ge and InAs based steep subthreshold slope tunnel transistors for 0.25V supply voltage logic applications. Paper presented at The 66th Device Research Conference, California, USA. http://dx.doi.org/10.1109/DRC.2008.4800730.

Nayfeh, O. M., Hoyt, J. L., & Antoniadis, D. A. (2009). Strained-Si1-xGex/Si band-to-band tunneling transistors: Impact of tunnel junction germanium composition and doping concentration on switching behavior. IEEE Transactions Electron Devices, 56(10), 2264-2269.

Pandey, C. K., Dash, D. & Chaudhury, S. (2019). Approach to suppress ambipolar conduction in tunnel FET using dielectric pocket. Micro & Nano Letters, 14(1), 86-90.

Seabaugh, A. C., & Zhang, Q. (2010). Low voltage tunnel transistors for beyond CMOS logic. Proceedings of the IEEE, 98(12), 2095-2110.

Shih, C.-H., Chien, N. D., Tran, H.-D., & Chuan, P. V. (2020). Device physics and design of hetero-gate dielectric tunnel field-effect transistors with different low high-k EOT ratios. Applied Physics A, 126, 1-11.

Smets, Q., Verreck, D., Verhulst, A. S., Rooyackers, R., Merckling, C., Put, M. V. D., … Heyns, M. M. (2014). InGaAs tunnel diodes for the calibration of semi-classical and quantum mechanical band-to-band tunneling models. Journal Applied Physics, 115, 1-9.

Synopsys. (2013). MEDICI User’s Manual. California, USA: Synopsys Publishing.

Sze, S. M. (1981). Physics of Semiconductor Devices (2nd ed.). New Jersey, USA: John Wiley & Sons Publishing.

Toh, E.-H., Wang, G. H., Samudra, G., & Yeo, Y.-C. (2007). Device physics and design of double-gate tunneling field-effect transistor by silicon film thickness optimization. Applied Physics Letters, 90, 1-3.

Toh, E.-H., Wang, G. H., Samudra, G., & Yeo, Y.-C. (2008). Device physics and design of germanium tunneling field-effect transistor with source and drain engineering for low power and high performance applications. Journal Applied Physics, 103, 1-5.

Wang, P.-F., Hilsenbeck, K., Nirschl, Th., Oswald, M., Stepper, Ch., Weis, M., … & Hansch, W. (2004). Complementary tunneling transistor for low power application. Solid-State Electronics, 48(12), 2281-2286.

Xu, H. F., Cui, J., Sun, W., & Han, X. F. (2019). Analysis of non-uniform hetero-gate-dielectric dual-material control gate TFET for suppressing ambipolar nature and improving radio-frequency performance. Chinese Physics B, 28(10), 1-14.




DOI: http://dx.doi.org/10.37569/DalatUniversity.10.3.745(2020)

Các bài báo tham chiếu

  • Hiện tại không có bài báo tham chiếu.


Copyright (c) 2020 Nguyễn Đăng Chiến, Lưu Thế Vinh, Huỳnh Thị Hồng Thắm, Chun-Hsing Shih.

##submission.license.cc.by-nc4.footer##
Văn phòng Tạp chí Đại học Đà Lạt
Nhà A25 - Số 1 Phù Đổng Thiên Vương, Đà Lạt, Lâm Đồng
Email: tapchikhoahoc@dlu.edu.vn - Điện thoại: (+84) 263 3 555 131

Creative Commons License
Trên nền tảng Open Journal Systems
Thực hiện bởi Khoa Công nghệ Thông tin