【摘要】：本文采用一種量子力學(xué)模型,研究了MOSFET型碳基場效應(yīng)管的電學(xué)特性。該模型基于非平衡格林函數(shù)(NEGF)和泊松(Poisson)方程自洽全量子數(shù)值解。運(yùn)用該方法研究了基于不同柵極結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)管的穩(wěn)態(tài)特性。另外,在器件電學(xué)特性的基礎(chǔ)上,將研究范圍擴(kuò)展至電路,分析了異質(zhì)結(jié)構(gòu)碳納米管場效應(yīng)管(CNTFETs)和石墨烯納米條帶場效應(yīng)管(GNRFETs)構(gòu)建電子電路的性能。最后,本文研究了場效應(yīng)管柵極隧穿電流對邏輯電路功能的影響。本文的主要內(nèi)容涉及以下三個(gè)方面:首先,研究了異質(zhì)柵結(jié)構(gòu)n-i-n型場效應(yīng)管以及異質(zhì)氧化層結(jié)構(gòu)p-i-n型場效應(yīng)管的電學(xué)特性,并與普通結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)管進(jìn)行比較。結(jié)果表明:異質(zhì)結(jié)構(gòu)盡管增大了器件的遲滯時(shí)間,但可以顯著提高器件的開關(guān)電流比、抑制短溝道效應(yīng)、減小亞閾擺幅。其次,在器件電學(xué)特性的基礎(chǔ)上利用Verilog-A建立相應(yīng)查找表(LUT)模型,在HSPICE中構(gòu)建電子電路,研究異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件對于電路性能的影響。對于n-i-n型場效應(yīng)管構(gòu)建電路,計(jì)算了柵金屬功函數(shù)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(yīng)管構(gòu)建的邏輯電路,從柵長、供電電壓以及溫度三個(gè)方面比較了普通結(jié)構(gòu)隧穿場效應(yīng)管(TFET)、高k-隧穿場效應(yīng)管(HK-TFET)和異質(zhì)隧穿場效應(yīng)管(HTFET)電路穩(wěn)定性。結(jié)果表明,盡管HKTFET構(gòu)建的邏輯電路具有最小的PDP,但是HTFET構(gòu)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(yīng)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(yīng)管的等效電路模型的基礎(chǔ)上利用查找表加入柵極隧穿電流,并構(gòu)建邏輯電路,研究了場效應(yīng)管柵極隧穿電流對電路邏輯功能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)晶體管柵極氧化層厚度達(dá)到0.5nm時(shí),急劇增大的柵極隧穿電流會造成邏輯電路功能錯(cuò)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(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

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本文編號：2350028