基于梯度掺杂策略的碳纳米管场效应管性能优化

双极性传输特性是制约碳纳米管场效应管(carbon nanotube field effect transistors,CNFETs)性能提高的一个重要因素.为降低器件的双极性传输特性并获得较大的开关电流比,提出了一种漏端梯度掺杂策略,该策略不仅适合于类MOS碳纳米管场效应管(C-CNFETs),同时也适合于隧穿碳纳米管场效应管(T-CNFETs).基于非平衡格林函数的数值研究结果表明,该策略不仅能有效降低器件的双极传输特性,而且能将器件开关电流比提高数个数量级.进一步研究发现,该掺杂策略在这两类碳纳米管 关键词： 梯度掺杂 带间隧穿 双极性传输 碳纳米管场效应管     

堆叠栅介质对称双栅单Halo应变Si金属氧化物半导体场效应管二维模型

提出了一种堆叠栅介质对称双栅单Halo应变Si金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)新器件结构.采用分区的抛物线电势近似法和通用边界条件求解二维泊松方程,建立了全耗尽条件下的表面势和阈值电压的解析模型.该结构的应变硅沟道有两个掺杂区域,和常规双栅器件(均匀掺杂沟道)比较,沟道表面势呈阶梯电势分布,能进一步提高载流子迁移率;探讨了漏源电压对短沟道效应的影响;分析得到阈值电压随缓冲层Ge组分的提高而降低,随堆叠栅介质高k层介电常数的增大而增大,随源端应变硅沟道掺杂浓度的升高而增大,并解释了其物理机理.分析结果表明:该新结构器件能够更好地减小阈值电压漂移,抑制短沟道效应,为纳米领域MOSFET器件设计提供了指导.     

一种碳纳米管场效应管的HSPICE模型

为在HSPICE中建立一种计算简单且精度较高的碳纳米管场效应管 (carbon nanotube field effect transistor, CNTFET) 模型, 在CNTFET半经典建模方法的基础上, 分析了自洽电势与载流子密度之间的关系, 提出用线性近似进行拟合, 并推导了自洽电势的显式表达式, 从而避免了积分方程的迭代求解过程. 然后在HSPICE中建立了相应的CNTFET模型, 通过仿真比较, 结果表明该模型具有较高的精度, 用其构建的逻辑门电路能够实现相应逻辑功能, 且运算时间大为减少. 关键词： 碳纳米管场效应管 半经典模型 线性近似拟合 HSPICE仿真     

一种碳纳米管场效应管半经典模型计算方法

基于弹道输运的碳纳米管场效应管半经典模型求解自洽电势通常采用牛顿-拉夫逊迭代法,每次迭代都需要对态密度方程积分计算,运算量巨大.我们用支持向量回归机近似表达自洽电势与载流子密度之间的关系,不需要反复迭代积分,并用梯度下降法求解自洽电势.仿真结果表明,与牛顿-拉夫逊迭代法比较,该方法精度较高,有效降低了运算量,为今后大规模集成电路中碳纳米管器件的设计和应用奠定理论基础.     

基于异质双栅电极结构提高碳纳米管场效应晶体管电子输运效率

为改善碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)器件性能, 提高电子输运效率, 提出了一种异质双金属栅(HDMG)电极结构CNTFET器件. 通过对单金属栅(SMG)-CNTFET器件输运模型的适当修改, 实现了对HDMG-CNTFET器件电子输运特性的研究.研究结果表明, 对于所提出的HDMG结构器件, 如果固定源端金属栅S-gate的功函数W_GS使其等于本征CNT 的功函数, 而选取漏端金属栅D-gate的功函数W_Gd, 使其在一定范围内小于W_GS, 可优化器件沟道中的电场分布, 提高器件沟道电子平均输运速率; 同时由于HDMG-CNTFET的D-gate对沟道电势具有调制作用, 使该器件阈值电压降低, 导致在相同的工作电压下, HDMG-CNTFET器件具有更大的通态电流; 而D-gate对漏电压的屏蔽作用又使HDMG-CNTFET与SMG-CNTFET相比具有更好的栅控能力 及减小 漏极感应势垒降低效应、热电子效应和双极导电性等优点. 本研究通过合理选取HDMG-CNTFET双栅电极的功函数, 有效克服了现有研究中存在的改善CNTFET性能需要以减小通态电流为代价的不足, 重要的是提高了器件的电子输运效率, 进而可提高特征频率、减小延迟时间, 有利于将CNTFET器件应用于高速/高频电路. 关键词： CNTFET 异质双栅 电子输运效率 双极导电性     

一种平行栅碳纳米管阵列阴极的场发射特性研究

建立一种平行栅碳纳米管阵列阴极,利用悬浮球模型和镜像电荷法进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场与电场增强因子的解析式. 在此基础上,进一步分析器件各类参数以及接触电阻对阴极电子发射性能的影响. 分析表明,碳纳米管间距大约为2倍碳纳米管高度时阵列阴极的分布密度最佳,靠边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大;除碳纳米管的长径比之外,栅极宽度和栅极间距也对电场增强因子有一定作用;接触电阻的存在大幅度降低碳纳米管顶端表面电场与发射电流,而接触电阻高于800 kΩ时,器件对阳极驱动电压的要求更高. 关键词： 平行栅碳纳米管阵列 悬浮球 场增强因子 接触电阻     

γ射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响

基于γ射线辐照条件下单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)载流子的微观输运机制,揭示了单轴应变Si纳米NMOSFET器件电学特性随总剂量辐照的变化规律,同时基于量子机制建立了小尺寸单轴应变Si NMOSFET在γ射线辐照条件下的栅隧穿电流模型,应用Matlab对该模型进行了数值模拟仿真,探究了总剂量、器件几何结构参数、材料物理参数等对栅隧穿电流的影响.此外,通过实验进行对比,该模型仿真结果和总剂量辐照实验测试结果基本符合,从而验证了模型的可行性.本文所建模型为研究纳米级单轴应变Si NMOSFET应变集成器件可靠性及电路的应用提供了有价值的理论指导与实践基础.     

基于二维半导体材料浮栅存储器的研究进展：从材料到结构

半导体浮栅存储器在半导体存储器乃至整个数据存储行业都占据着较大的市场份额,目前在计算机、便携式设备存储器等领域都有广泛应用.随着存储器件进一步小型化和集成化,在未来需要新材料和新结构对浮栅存储器进行革新以延续摩尔定律的发展.具有原子级厚度的二维层状半导体材料具有优异的电学性能和稳定性,被广泛认为是极具潜力的新型半导体材料之一,可用于下一代半导体浮栅存储器.本文主要介绍近年来二维半导体材料在浮栅存储器领域的应用,并对其未来的发展趋势进行了思考和展望.     

一种红外双半波滤光片的设计和制造方法

针对唐晋发、郑权老师在《应用薄膜光学》一书中介绍的采用低折射率材料做间隔层，用16个λ/4层完成红外双半波滤光片的设计方法制作的薄膜易发生断裂，该文给出该膜系另一种设计计算方法，即采用高折射率材料做间隔层，用12个λ/4完成膜系设计。与前者相比，该方法节省了材料和时间。同时给出了镀制该膜系的工艺要点，并对镀膜过程中的初始真空度、蒸镀温度和2种材料的蒸发速率做了说明。指出在该工艺实施过程中，首先使用离子源对基底进行活化轰击，然后在蒸镀硫化锌和锗的过程中用离子源进行辅助蒸镀，可得到非常牢固的膜层。     

基于咪唑并吡啶的双极性绿色磷光主体材料合成及其性能

高效的磷光有机电致发光器件有赖于主体材料,而双极性主体材料相对于传统主体材料不仅能降低驱动电压,提高电流效率和功率效率,还能加快载流子迁移率和平衡载流子的通量.因此本文基于咪唑并吡啶设计了两种给体-受体型双极性绿光主体材料,即9-苯基-3-(9-(4-(3-苯基咪唑并[1,2-a]吡啶-2-基)苯基)二苯并[b,d]呋...     

An analytic model for gate-all-around silicon nanowire tunneling field effect transistors

An analytical model of gate-all-around(GAA) silicon nanowire tunneling field effect transistors(NW-TFETs) is developted based on the surface potential solutions in the channel direction and considering the band to band tunneling(BTBT) efficiency. The three-dimensional Poisson equation is solved to obtain the surface potential distributions in the partition regions along the channel direction for the NW-TFET, and a tunneling current model using Kane’s expression is developed. The validity of the developed model is shown by the good agreement between the model predictions and the TCAD simulation results.     

声子散射下碳纳米管场效应管建模方法研究

声子散射对碳纳米管场效应管(carbon nanotube field effect transistor, CNTFET)的特性有着不可忽略的影响. 传统研究方法基于弹道输运模型来分析发生声子散射时各参数对器件特性的影响, 进而建立CNTFET声子散射模型.为了降低模型复杂度, 提高仿真计算的速度, 本文深入研究了CNTFET的声子散射影响, 对手性、温度和能量三个参数的变化进行了仿真, 分析了参数对器件特性的影响. 采用线性近似拟合的方式建立了一种新的CNTFET声子散射模型.通过分析散射下电流的变化, 验证了该模型的正确性和有效性.与半经典散射模型相比, 该模型由于不需要进行积分计算, 计算过程较为简单, 降低了运算量. 关键词： 碳纳米管场效应管 声子散射模型 线性近似拟合     

外加轴向磁场下碳纳米管场效应晶体管的电学性质

在紧束缚理论的基础上推导出轴向磁场下碳纳米管的能带公式,研究外加磁场下碳纳米管场效应晶体管的电学特性.说明磁场可使碳管的导电性质在金属型和半导体型之间转变,转变的磁场周期为0.5₀.进一步应用场效应晶体管Natori理论模拟计算了外加磁场对碳纳米管场效应晶体管的电流-电压特性的影响,研究结果显示zigzag管和armchair管的电流随外电压和磁场都有振荡行为,而且两类管的振荡行为有明显差别. 关键词： 碳纳米管 紧束缚理论 费米能 能带结构     

Tunneling field effect transistors based on in-plane and vertical layered phosphorus heterostructures

Tunneling field effect transistors(TFETs) based on two-dimensional materials are promising contenders to the traditional metal oxide semiconductor field effect transistor, mainly due to potential applications in low power devices. Here,we investigate the TFETs based on two different integration types: in-plane and vertical heterostructures composed of two kinds of layered phosphorous(β-P and δ-P) by ab initio quantum transport simulations. NDR effects have been observed in both in-plane and vertical heterostructures, and the effects become significant with the highest peak-to-valley ratio(PVR)when the intrinsic region length is near zero. Compared with the in-plane TFET based on β-P and δ-P, better performance with a higher on/off current ratio of ～ 10~6 and a steeper subthreshold swing(SS) of ～ 23 m V/dec is achieved in the vertical TFET. Such differences in the NDR effects, on/off current ratio and SS are attributed to the distinct interaction nature of theβ-P and δ-P layers in the in-plane and vertical heterostructures.     

Size effect of spin-polarized transport in FM/Single-walled carbon nanotube/FM junctions

We investigated theoretically in detail the size effect of spin-polarized transport in FM/Single-walled carbon nanotube/FM junctions (FM/SWCNT/FM) consisting of the achiral types of tubes: armchair tubes and zigzag tubes. The results show that the spin-polarized transport has different oscillation behaviors with the junction?s size in these two junctions. And the effect of tunnel magnetoresistance (TMR) in zigzag tube is stronger than that in armchair tubes. For all zigzag tubes when the size exceeds a limit the size effect on TMR disappears and TMR value reaches one maximum 20%. Furthermore, for each family of zigzag tubes, this limit of size increases with increasing tube?s radius. For short zigzag tubes the TMR can be negative at some special sizes. And the negative TMR value can reach −12%$-12\text{\%}$ at the angle π. Finally, except for the zero angel, the obtained results show that for all zigzag tubes the extremum of TMR is at the angle π  . For all armchair tubes, the TMR value has one oscillation of small amplitude with the increase of angle and it has two extrema: the maximum at π/2$\pi /2$ and the minimum at π, respectively.     

公度双壁碳纳米管层间耦合对其场发射特性影响的研究

采用紧束缚能带理论，利用所提出的考虑卷曲效应的紧束缚能量哈密顿量，建立了公度双壁碳纳米管(DWNT)的能带结构模型；基于碳纳米管(CNT)发射电流与其能带结构的相关性，定量分析了公度DWNT的层间耦合作用对其场发射电流的影响.结果表明：在层间耦合作用下，DWNT的带结构中部分简并能级发生劈裂，同时使禁带宽度发生改变.前一个因素增加了电子发射的通道，后一个因素改变价带中参与发射的电子数量，导致在一定外电场下，DWNT与其外层的SWNT相比，场发射电流有一定程度的增加，且半导体性管发射电流增幅比金属性管大，在 关键词： 公度双壁碳纳米管 能带结构 层间耦合作用 卷曲效应