基于石墨烯納米結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)特性與太赫茲特性的研究.pdf

1、石墨烯作為由單層碳原子構(gòu)成的新型材料，擁有眾多的獨(dú)一無(wú)二的化學(xué)特性、物理特性、以及電學(xué)特性，例如低阻抗、高強(qiáng)度以及較高的熱穩(wěn)定性等，使得它非常適合應(yīng)用于納米微電子器件中。本論文基于量子力學(xué)非平衡格林函數(shù)自洽求解泊松方程的模型，研究了石墨烯納米條帶場(chǎng)效應(yīng)晶體管（GNRFETs）的量子輸運(yùn)特性，并分析影響其性能的主要參數(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了改善器件性能的有效方案。
　　本文主要的理論研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)分析了石墨烯納米條帶（

2、GNR）寬度方向上的碳原子個(gè)數(shù)對(duì)于 GN RFETs有效電子堆積、開(kāi)關(guān)特性和高頻特性的影響，結(jié)果表明，N=3p（p是整數(shù)）型 GNRFETs具有較高的開(kāi)態(tài)電流和截止頻率。而N=3p+1型GNRFETs具有較高的開(kāi)關(guān)電流比。
　　(2)研究了三材料柵結(jié)構(gòu)與峰值摻雜結(jié)構(gòu)對(duì)于傳統(tǒng)的GNRFETs載流子輸運(yùn)特性的影響，并提出了三材料柵-峰值摻雜結(jié)構(gòu)（TMG-HALO）。通過(guò)與三材料柵結(jié)構(gòu)、峰值摻雜結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)GNRFETs的比較，發(fā)現(xiàn)T

3、MG-HALO結(jié)構(gòu)能夠有效的抑制GNRFETs泄漏電流與DIBL效應(yīng)，提升溝道載流子遷移率與開(kāi)關(guān)電流比（可達(dá)到106數(shù)量級(jí)），并且其亞閾值擺幅低于60mV/dec。
　　(3)分析了不同介電常數(shù)柵氧化物和線性摻雜結(jié)構(gòu)對(duì)于隧穿型 GNRFETs溝道電流，開(kāi)關(guān)電流比，截止頻率以及短溝道效應(yīng)的影響，提出了一種新型的隧穿型 GN RFETs-非對(duì)稱(chēng)線性摻雜異質(zhì)柵氧化層隧穿型GNRFETs(SL-HTFETs)。相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的隧穿型 GN

4、RFETs， SL-HTF ETs結(jié)構(gòu)能夠有效的抑制泄漏電流和熱電子效應(yīng)，提升開(kāi)關(guān)電流比，以及擁有良好的尺寸縮小特性，另外我們還對(duì)器件的高頻特性做了優(yōu)化，并提出了SL-HTF ETs結(jié)構(gòu)的高頻優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
　　(4)根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)模型分析了高電子遷移率（HEMT）場(chǎng)效應(yīng)晶體管的探測(cè)與輻射理論。根據(jù)模型對(duì)器件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，結(jié)果表明，短溝道的HEMT對(duì)于頻率等于其內(nèi)部二維電子等離子體的諧振頻率的電磁波具有共振響應(yīng)，因此它可以作為探測(cè)器，

5、混頻器使用。而長(zhǎng)溝的HEMT對(duì)于電磁輻射具有非共振響應(yīng)，可用于高達(dá)幾十太赫茲的寬頻檢測(cè)器。
　　主要結(jié)論：
　　（1）N=3p（p是整數(shù)）型 GNR適合應(yīng)用到高頻電路中，N=3p+1（p是整數(shù)）型 GNR適合應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電路中。
　?。?）TMG-HALO結(jié)構(gòu)能夠有效的改善GNRFETs的亞閾特性。
　?。?）SL-HTFETs結(jié)構(gòu)能夠有效的改善隧穿型GNRFETs的亞閾特性，且擁有良好的尺寸縮小特性。