چکیده
ما ویژگی های FETهای(JL) کانال کوتاه گیت-دوبل (DG) بدون پیوند را توسط شبیه سازی ادوات مطالعه می نماییم. تنزل های مشخصه خروجی I-V مشخصه مانند یک طول کانال بسیار کاهش یافته موجب القای افزایش شیب زیرآستانه و تغییر ولتاژ آستانه به علت تغییرات دوپینگ بدنه می شود و طول کانال به طور نظام مند مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت. توزیعات غلظت الکترون, میدان و پتانسیل الکتریکی در منطقه کانال بدنه نیز تحلیل می شوند. مقایسه ها با FETهای حالت-وارونگی مرسوم (IM)، که می تواند مزایای استفاده از FET های JL را نشان دهد نیز انجام شده است.
1. مقدمه
در حال حاضر، هنگامی که ابعاد MOSFET در ده ها نانومتر کوچکتر مقیاس بندی می شوند، اثر کانال کوتاه (SCE) به طور جدی بر رفتار ادوات تاثیر می گذارد. در مقیاس نانو، تاثیر SCE بر ویژگی های مرسوم ماسفت های مرسوم را نمی توان نادیده گرفت. به منظور کاهش این تاثیر، ساختارهای چند-گیت ای مانند گیت-دوبل (DG)، اطراف-گیت و Fin-FET ها ، که می توانند SCEها را حذف نمایند و ظرفیت کنترل جریان را بهبود بخشند، پیشنهاد شده است. [1-3] با این حال، تحقق مشخصات فرا-تند دوپینگ بین (برای مثال) یک منطقه نوع n سورس / درین (S / D) و یک منطقه بدنه نوع-p, هنوز هم یک چالش بزرگ برای تولید ماسفت چند گیت در مقیاس نانو است [4]. برای حل این مشکل، نوع جدیدی از ماسفت، به نام ترانزیستورهای اثر میدانی بدون پیوند (FETهای JL)، مطرح شده است. در مقایسه با ماسفت های معمولی حالت-وارونگی (IM) ، FETهای JL به هیچ اتصال p-n برای شکل تشکیل بین منطقه S / D و منطقه کانال بدنه که می تواند به عنوان ادوات JL MOSFET نوع-n-n-n (کانال n) یا نوع-p-p-p (کانال p) دیده شود, نیاز ندارند. دستیابی به یک عملکرد خوب در FETهای JL ساخته شده در یک ویفر SOI آسان تر است. به عنوان مثال نگاهی به JFET نوع-n-n-n می اندازیم؛ توسط لوله کشی الکترون ها را از منطقه بدنه توسط نیروی میدان الکتریکی گیت برای تهی ساختن کامل بدنه در بایاس گیت خاموش می شود. فیلم های سیلیکون نازک تر, آسانتر از کانال جلوگیری می کنند و سپس منطقه کانال به تخلیه کامل می رسد. از نقطه نظر توزیع پتانسیل الکتریکی، باند انرژی کانال به علت کاهش ولتاژ گیت خمیده می شود و یک مانع قوی بین سورس و درین تشکیل می شود که جریان الکترون ها از سورس به درین را دشوار می سازد. زمانی که بایاس گیت افزایش می یابد، تخلیه منطقه بدنه به تدریج از بین می رود. با افزایش غلظت الکترون، مقاومت نیز کاهش می یابد. هنگامی که غلظت الکترون به غلظت دوپینگ بدنه ND می رسد، منطقه کانال زیر گیت از نظر الکتریکی خنثی می شود. افزایش بیشتر ولتاژ گیت موجب افزایش تجمع الکترون در واسطه بین اکسید گیت و فیلم سیلیکون می شود. این باعث می شود که مقاومت دستگاه تا حد زیادی کاهش یابد و یک حالت رسانای خوب تحت یک ولتاژ خاص درین-به-سورس تشکیل شود. سپس دستگاه روشن می شود. بنابراین، متفاوت از ماسفت های IM سنتی نوع n-p-n یا نوع p-n-p، FET های بدون پیوند از حامل های اکثریت برای حمل و نقل بین سورس و درین استفاده می کنند. این بدان معناست که این یک MOSFET حالت انباشت است. از نقطه نظر ماکروسکوپی، گیت به عنوان یک سوئیچ کنترل خوب عمل می کند که دستگاه را در بایاس گیت پایین خاموش می کند و در بایاس گیت بالا روشن می کند, مبتنی بر این فرض که فیلم سیلیکون به اندازه کافی نازک است. این نوع دستگاه نه تنها اطمینان می دهد که دستگاه به خوبی می تواند مانند یک MOSFET معمولی کار کند، بلکه از نیاز به سوییچینگ گرادیان غلظت دوپینگ تیز از نوع n به نوع p جلوگیری می کند. این نوع از ماسفت ها تا حد زیادی الزامات فرآیند ساخت را کاهش می دهند. در حال حاضر، برخی از گروه های تحقیقاتی, برخی از مطالعات مرتبط با FETهای JL با یک ساختار گیت-دوبل را انجام داده اند، از جمله تحقیق در مورد مبانی نظری برای درک بهتر رفتار دستگاه. [5] تجزیه و تحلیل ویژگی های حالت روشن دستگاه در ولتاژهای درین مختلف و پتانسیل تحت شرایط عملیاتی مختلف [6t] و غیره. همه این تحلیل های فوق با این فرض انجام می شوند که طول کانال به اندازه کافی بلند است، بنابراین، SCEها نادیده گرفته می شوند. همچنین برخی از تحقیقات دیگر ابتدائاً عملکردهای ترانزیستور نانوسیم سیلیکونی بدون پیوند را از نظر SCEها مطالعه نمودند, مانند ویژگی های حالت-روشن، ویژگی های خروجی و دمای شیب زیرآستانه دمای-اتاق به عنوان تابعی از ولتاژ گیت [7]. با این حال، ارائه یک مطالعه مفصل تر در مورد ویژگی های عملیاتی آن در وضعیت SCEها لازم است.
- این مقاله در نشریه IOP منتشر شده و ترجمه آن با عنوان ترانزیستورهای اثر میدانی در سایت ای ترجمه به صورت رایگان قابل دانلود می باشد. جهت دانلود رایگان مقاله فارسی و انگلیسی روی عنوان فارسی (آبی رنگ) کلیک نمایید.
منبع:
Simulation study on short channel double-gate junctionless field-effect transistors
