FET de canal U de puerta rectangular de alto rendimiento con solo 2 nm de distancia entre los contactos de fuente y drenaje

Resultados y discusiones

El modelo de potencial cuántico de Bohm (BQP) calcula un término de energía potencial dependiente de la posición utilizando una ecuación auxiliar derivada de la interpretación de Bohm de la mecánica cuántica. Este modelo se deriva de la física pura y permite que el modelo se aproxime al comportamiento cuántico de diferentes clases de dispositivos, así como de una variedad de materiales. Los efectos del confinamiento cuántico en el rendimiento del dispositivo, incluido I - V características, luego se calcularán con una buena aproximación. Estudios anteriores muestran que la corriente de fuga de la compuerta es insignificante para los casos de óxido de espesor superior a 0,5 nm [7, 26].

La Figura 2a muestra las comparaciones del voltaje de la fuente de la puerta de la corriente de la fuente de drenaje ( I _DS - V _GS ) características del RGUC FET con diferentes h _en s en escalas logarítmicas y lineales. La Figura 2b muestra las comparaciones de oscilaciones por debajo del umbral (SS) y I _ACTIVADO / Yo _APAGADO relación del RGUC FET con diferentes h _en s. Con el aumento de h _en , la trayectoria vertical de todo el canal desde la fuente hasta el drenaje aumenta continuamente, luego la longitud efectiva más corta del canal aumenta gradualmente y el efecto de canal corto se debilita gradualmente y finalmente se elimina. El SS puede alcanzar un valor casi ideal de 65 mV / dec para h _en alcanza los 10 nm. El yo _ACTIVADO / Yo _APAGADO la proporción también aumenta unas 35 veces para h _en aumenta de 2 a 10 nm debido a la disminución continua de SS. El prolongado h _en hace que la distancia del camino más corto desde la fuente al drenaje aumente de 6 a 22 nm, lo que equivale a 2 h _en + t _sp y es equivalente a la longitud de canal efectiva de la estructura propuesta. Las figuras 2c yd muestran una distribución de concentración de electrones en 2-D en el cuerpo de silicio en estado apagado para el dispositivo con 2 nm y 10 nm h _en , respectivamente. Para el caso de 2 nm, la concentración de electrones más alta en la región horizontal del cuerpo es aproximadamente 10 ¹² cm ⁻³ y la distancia entre el contacto fuente / drenaje y la región horizontal del cuerpo es muy corta. A partir de entonces, el sesgo de fuente / drenaje afecta seriamente a la distribución de electrones en la región horizontal del cuerpo; la solución es prolongar el canal vertical que mantiene la fuente / drenaje lejos de la región horizontal del cuerpo. Para el caso de 10 nm, en la Fig. 2d, podemos ver que la concentración de electrones más alta en la región horizontal del cuerpo se reduce a 10 ⁹ cm ⁻³ , y hace una región completamente agotada más ideal para el estado apagado que trae un nivel mucho más bajo de corriente de fuga.

un Las comparaciones del I _DS - V _GS características del RGUC FET con diferentes h _en s en escalas logarítmicas y lineales. b Las comparaciones de oscilaciones por debajo del umbral (SS) y I _ACTIVADO / Yo _APAGADO relación del RGUC FET con diferentes h _en s. c Distribución de concentración de electrones 2-D en el cuerpo de silicio en estado apagado para el dispositivo con 2 nm h _en . d Distribución de concentración de electrones 2-D en el cuerpo de silicio en estado apagado para el dispositivo con 10 nm h _en

La Figura 3a muestra las comparaciones de I _DS - V _GS características del RGUC FET con diferentes t _sp s en escalas logarítmicas y lineales. La Figura 3b muestra las comparaciones de oscilaciones por debajo del umbral (SS) y I _ACTIVADO / Yo _APAGADO relación del RGUC FET con diferentes t _sp s. Con la disminución de t _sp , la distancia entre la fuente y los contactos de drenaje también se reduce continuamente. La corriente de fuga es inducida principalmente por la corriente de túnel de banda a banda. La probabilidad de tunelización es proporcional a la curvatura de la banda, que puede ser equivalente a la intensidad del campo eléctrico en un punto determinado. La corriente de túnel total es la suma de la corriente de túnel generada en cada punto de la región del cuerpo.

un Las comparaciones del I _DS - V _GS características del RGUC FET con diferentes t _sp s en escalas logarítmicas y lineales. b Las comparaciones de oscilaciones por debajo del umbral (SS) y I _ACTIVADO / I _APAGADO relación del RGUC FET con diferentes t _sp s. c Distribución de campo eléctrico 2-D en el cuerpo de silicio en estado apagado para el dispositivo con 2 nm t _sp . d Distribución de campo eléctrico 2-D en el cuerpo de silicio en estado apagado para el dispositivo con 0.5 nm t _sp . e Distribución de concentración de electrones 2-D en el cuerpo de silicio en estado apagado para el dispositivo con 0,5 nm t _sp

La figura 3c y la figura 2d muestran una distribución de campo eléctrico 2-D en el cuerpo de silicio en estado apagado para el dispositivo con 2 nm y 0,5 nm t _sp , respectivamente. Para un espaciador de mayor espesor o un voltaje de fuente de drenaje menor ( V _DS ), la intensidad del campo eléctrico en la interfaz entre el espaciador en la región empotrada no es lo suficientemente fuerte como para producir una gran cantidad de corriente de fuga. La intensidad del campo eléctrico más fuerte aparece cerca de la interfaz entre el óxido de la puerta y la parte vertical del cuerpo, que se decide por V _GD . Sin embargo, si la distancia de la fuente al drenaje se reduce a menos de 1 nm (menos que el espesor del óxido de la puerta), la intensidad de campo más fuerte aparece cerca de la interfaz entre el espaciador en la región empotrada y las dos partes verticales del cuerpo. Puede verse que cuando t _sp es inferior a 1 nm, para un V más grande _DS (0,5 V por ejemplo), la corriente de fuga es casi independiente de la polarización de la puerta y se decide principalmente por V _DS . La SS es casi independiente con t _sp y mantiene un valor casi ideal de 65 mV / dec para una h _en =Caja de 10 nm hasta el t _sp es inferior a 2 nm. El yo _ACTIVADO / Yo _APAGADO proporción mantiene 10 ⁸ hasta el t _sp =2 nm y está seriamente degradado por t _sp aparece menos de 2 nm debido al aumento de la corriente de fuga inducido por el fuerte campo eléctrico cerca de la interfaz entre el espaciador en la región empotrada y las dos partes verticales del cuerpo. La intensidad del campo eléctrico del cuerpo de silicio en la región del cuerpo se mejora ampliamente para el t de 0,5 nm. _sp caso. La figura 3e muestra la distribución de la concentración de electrones en 2-D en el cuerpo de silicio en estado apagado para el dispositivo con 0,5 nm t _sp . En comparación con la Fig. 2d, se ve claramente que la concentración de electrones en la región horizontal del cuerpo aumenta de 10 ⁹ a 10 ¹⁰ cm ⁻³ . Además, la dimensión del grosor del espaciador de 0,5 nm está muy cerca de una capa de una sola molécula, lo que puede dañar la propiedad de aislamiento de la capa espaciadora hasta cierto punto. Debido a la razón mencionada anteriormente, el t _sp se sugiere que sea de 2 nm para un diseño de alta integración y baja fuga y bajo consumo de energía.

La figura 4 muestra el I _DS - V _DS del propuesto RGUC FET con estructura optimizada bajo diferentes.

yo _DS - V _DS característica del RGUC FET propuesto con parámetros de dispositivo optimizados

V _GS valores, el SS de los cuales es de aproximadamente 63 mV / dec, y el I ENCENDIDO / I APAGADO es 10 ⁹ ~ 10 ¹⁰ . La corriente saturada aumenta a medida que V _GS aumenta.