一種峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管，構(gòu)建了適用于峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管的輸運(yùn)模型，利用該模型分析計(jì)算了HALO-Linear摻雜策略對(duì)碳納米場效應(yīng)管電學(xué)特性的影響。通過與采用其他摻雜策略CNTFET的電學(xué)特性對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)這種摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管具有更大的開關(guān)電流比、更低的泄漏電流、更小的亞閾值擺幅，更高的截止頻率和更小的延遲時(shí)間，即表明采用HALO-Linear摻雜策略的CNTFET具有更好的柵控能力，更好的開關(guān)特性，能夠有效的抑制短溝道效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)。
【專利說明】一種峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于碳納米場效應(yīng)管領(lǐng)域，涉及峰值-對(duì)稱線性摻雜（HALO-Linear)結(jié)構(gòu) 的碳納米場效應(yīng)管。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著器件尺寸的不斷縮小，對(duì)器件的性能要求越來越高，人們的眼光從而轉(zhuǎn)移到 了新型材料之上，其中最受關(guān)注一個(gè)就是碳納米管。碳納米管是由石墨烯片層圍成的一種 管狀結(jié)構(gòu)。碳納米管名稱的由來是因?yàn)樗闹睆椒浅Ｐ《荚诩{米尺度，大約在幾納米到幾 十個(gè)納米之間，同時(shí)它的長度也很小在微米量級(jí)。顧名思義，碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨和金剛 石的一樣都是碳的同素異構(gòu)體即由碳六邊形組成的結(jié)構(gòu)。但是不同的是它是管狀材料，可 以看成是由片狀石墨烯卷曲而成。碳納米管可分為單壁和多壁碳納米管，（a)為單壁碳納米 管，（b)為多壁碳納米管。碳納米管手性指數(shù)（n，m)能夠決定碳納米管屬于哪種類型，當(dāng)手 性指數(shù)中η與m相等時(shí)，碳納米管的類型為扶手型（Armchair);當(dāng)η大于m并且m = 0時(shí)， 碳納米管的類型為鋸齒型（Zigzag);當(dāng)η大于m且m尹0時(shí)，碳納米管則稱為手型（Chiral) 碳納米管。
[0003] 制備碳納米管的方法主要有三種，分別為石墨電弧法、激光蒸發(fā)法和催化裂解法。 第一種石墨電弧法是將惰性氣體或氫氣加入真空反應(yīng)室中，使其具有一定的壓力，同時(shí)陽 極材料采用很細(xì)的石墨棒，陰極材料采用比較粗的石墨棒。在制備的過程中，電弧會(huì)放電從 而不斷消耗陽極石墨棒，與此同時(shí)含有納米碳管的物質(zhì)會(huì)在陰極上沉積出來；激光蒸發(fā)法 是由Smalley等首次提出的，該方法的原理是，在由過渡金屬和石墨組成的復(fù)合材料棒上 利用激光使得該棒蒸發(fā)從而制備出多壁納米碳管。但是由于制作成本高，并沒有得到推廣 應(yīng)用；催化裂解法是在高溫下使含碳化合物如一氧化碳、甲烷等分裂為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的碳原 子，然后在催化劑作用下，這些獨(dú)立的碳原子附著在催化劑微粒表面上從而就形成為了碳 納米管。
[0004] 在室溫下，第一個(gè)碳納米管場效應(yīng)管[Tans S J, Verschueren A R M, Dekker C.Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube[J]. Nature, 1998, 393 (7) : 49-52. ] (CNTFET)是在1998年由荷蘭代爾夫特理工大學(xué)Tran S J小組成功地制作而成，之后碳納米管場效應(yīng)管得到了飛速發(fā)展，更是出現(xiàn)了很多種 CNTFET模型，但是目前占主導(dǎo)地位的有肖特基勢壘CNTFET [Hazeghi A, Krishnamohan T,Wong, H. Schottky-barrier carbon nanotube field-effect transistor modeling[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2007, 54(3):439-445.], [Guo J, Lundstrom M, Datta S. Performance projections for ballistic carbon nanotube field-effect transistors [J]· Applied Physics Letters，2002,80(17) :3192 - 3194.]和類 M0S 型 CNTFET[Fiori G,Iannaccone G,K1imeck G.A three-dimensional simulation study of the performance of carbon nanotube field-effect transistors with doped reservoirs and realistic geometry[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2006,53 (8):1782 - 1788.], [Orouji A A,Arefinia Z. Detailed simulation study of a dual material gate carbon nanotube field-effect transistor[J]. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2009, 41 (10) :552-557.]。第一種結(jié) 構(gòu)之所以叫肖特基勢壘CNTFET是因?yàn)樘技{米管和兩邊電極存在功函數(shù)差，所以碳納米管 兩端與金屬接觸之處能夠形成肖特基勢壘。另一方面柵電壓變化勢壘也跟著變化，所以控 制隧穿電流的大小就非常容易了。但是肖特基碳CNTFET的雙極效應(yīng)使得器件的性能大 大降低了，這也是該結(jié)構(gòu)的不足之處。第二種結(jié)構(gòu)中，源極和漏極都進(jìn)行了重?fù)诫s，它們 還與電極相連接，所以電極與碳納米管之間形成歐姆接觸，這時(shí)摻雜的碳納米管和溝道碳 納米管形成功函數(shù)差，這樣能帶彎曲后，勢壘就在在溝道中形成了。與前面提到的一樣， 柵電壓能夠控制勢壘高度，從而控制電流大小。這種器件因?yàn)榫哂袉螛O特性和漏電流小 的特點(diǎn)，所以受到廣泛的關(guān)注[Fiori G，Iannaccone G，Klimeck G. A three-dimensional simulation study of the performance of carbon nanotube field-effect transistors with doped reservoirs and realistic geometry[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2006, 53(8):1782 - 1788. ], [Orouji A A,Arefinia Z. Detailed simulation study of a dual material gate carbon nanotube field-effect transistor[J]. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2009, 41 (10):552-557.]〇


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種能在縮小器件尺寸的同時(shí)克服短溝道效應(yīng)，減少了器 件性能下降，增強(qiáng)了器件抑制熱載流子效應(yīng)的能力的峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳 納米場效應(yīng)管。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明的峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管，該場效 應(yīng)管包括源極V s、漏極VD、溝道、柵氧化層和雙柵極Ve結(jié)構(gòu)，所述溝道由碳納米管層構(gòu)成，在 所述碳納米管層上從臨近源極一端向臨近漏極一端依次為N型重?fù)诫s區(qū)、線性摻雜結(jié)構(gòu)、 峰值摻雜結(jié)構(gòu)、本征碳納米管、線性摻雜結(jié)構(gòu)、N型重?fù)诫s區(qū)；柵氧化層位于碳納米管層的 兩側(cè)，在兩柵氧化層的外側(cè)設(shè)有柵極形成雙柵極結(jié)構(gòu)。
[0007] 本發(fā)明的碳納米場效應(yīng)管的優(yōu)選方案中，雙柵極結(jié)構(gòu)為關(guān)于溝道對(duì)稱的兩個(gè)柵 極，所述的兩個(gè)柵極為同種電介質(zhì)材料填充形成。
[0008] 本發(fā)明的碳納米場效應(yīng)管的優(yōu)選方案中，碳納米管上的臨近源極一端的N型重?fù)?雜區(qū)和線性摻雜結(jié)構(gòu)構(gòu)成源擴(kuò)展區(qū)，長度為L s，臨近漏極一端的N型重?fù)诫s區(qū)和線性摻雜結(jié) 構(gòu)，構(gòu)成漏擴(kuò)展區(qū)，長度為Ld，其中Ls = Ld。
[0009] 本發(fā)明第一次提出在碳納米管溝道靠近源區(qū)附近加入一種峰值HALO摻雜結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)較為新穎。而且該結(jié)構(gòu)具有更高的開關(guān)電流比，更小的亞閾值擺幅，更低的延遲時(shí) 間，更高的截止頻率，表明該結(jié)構(gòu)有更好的柵控能力，更好抑制DIBL(漏端引入的勢壘降 低）效應(yīng)，更好抑制熱電子效應(yīng)。
[0010] 有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 通過對(duì)比常規(guī)C-CNTFET，對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)L-CNTFET，單HALO摻雜結(jié)構(gòu) Η-CNTFET和HALO結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)HL-CNTFET，四種不同摻雜策略碳納米場效應(yīng)管 (CNTFETs)的I-V電流特性，在同源漏偏壓下，四種摻雜結(jié)構(gòu)的開態(tài)電流幾乎相同，但 HL-CNTFET的關(guān)態(tài)電流最低，故其擁有更大的開關(guān)電流比。
[0012] 對(duì)常規(guī)C-CNTFET,對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)L-CNTFET,單HALO摻雜結(jié)構(gòu)H-CNTFET和 HALO結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)HL-CNTFET，四種不同摻雜策略碳納米場效應(yīng)管（CNTFETs)的 亞閾值特性作了分析，對(duì)比結(jié)果表明HL-CNTFET擁有最理想的亞閾值擺幅，反映出該摻雜 結(jié)構(gòu)的柵控能力明顯優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)。
[0013] 同時(shí)本文對(duì)比了常規(guī)C-CNTFET，對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)L-CNTFET，單HALO摻雜結(jié) 構(gòu)H-CNTFET和HALO結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)HL-CNTFET，四種不同摻雜策略碳納米效應(yīng)管 (CNTFETs)的延遲時(shí)間特性，四種結(jié)構(gòu)中采用對(duì)稱線性摻雜策略的兩種器件的延遲時(shí)間 較小，而采用HALO摻雜策略的兩種器件的延遲時(shí)間較大，故HL-CNTFET的延遲時(shí)間的降低 是因?yàn)閷?duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的采用。同時(shí)，本文還研究了四種不同摻雜策略碳納米場效應(yīng)管 (CNTFETs)的截止頻率，發(fā)現(xiàn)HL-CNTFET還有很高的截止頻率。
[0014] 結(jié)果表明，采用峰值-對(duì)稱線性摻雜策略的CNTFET相比其他摻雜結(jié)構(gòu)具有更大的 閾值電壓、更低的關(guān)態(tài)電流、更好的開關(guān)特性、更好的高頻特性，表明該器件能更好的抑制 DIBL效應(yīng)，更低的亞閾區(qū)柵壓擺幅，說明該器件擁有更優(yōu)的柵控能力，能更好的抑制短溝道 效應(yīng)，線性摻雜結(jié)構(gòu)的引入，使得器件抑制熱載流子效應(yīng)的能力也增強(qiáng)。在較低的工作電壓 下，能夠獲得較大的驅(qū)動(dòng)電流，并有望在數(shù)字電路中獲得應(yīng)用。
[0015] 本發(fā)明受硅基橫向溝道工程的啟發(fā)，將用于改善傳統(tǒng)M0SFET性能的摻雜結(jié)構(gòu)引入 CNTFET中，包括梯度摻雜結(jié)構(gòu)[周海亮，池雅慶，張民選.基于梯度摻雜策略的碳納米管場 效應(yīng)管性能優(yōu)化[J] ·物理學(xué)報(bào)，2010, 59 (11) : 8105-8111.]、線性摻雜結(jié)構(gòu)[!1.5&1·^!^，!?· Ghayour, Design of GNRFET using different dopingprofilesnear the source and drain contacts. International Journal of Electronics2012 ;99 (5):673-682.]和 峰值慘雜結(jié)構(gòu)[F.Djeffal，M.Meguellati，A.Benhaya，A two-dimensional analytical analysis ofsubthreshold behavior to study the scaling capability of nanoscale graded channel gate stack DG MOSFETs. PhysicaE:Low-dimensional Systemsand Nanostructures2009 ；41 (10):1872 - 1877], [G. V. Reddy, M. J. Kumar, A new dual-material double-gate (DMDG)nanoscale SOI MOSFET-two-dimensional analytical modeling and simulation. Nanotechnology, IEEE Transactions2005 ;4(2) :260-268.]〇 由于線性摻雜結(jié)構(gòu)可以有效地抑制器件的熱載流子效應(yīng)，HALO摻雜結(jié)構(gòu)可以有效抑制短 溝道效應(yīng)（如漏致勢壘降低效應(yīng)），但若將HALO摻雜用于器件的漏端反而會(huì)使漏端電場增 強(qiáng)，這將不利于抑制熱載流子效應(yīng)。基于上述考慮，本發(fā)明提出了在CNTFET源極附近進(jìn)行 單HALO摻雜，源極和漏極附近進(jìn)行線性摻雜，以形成HALO-Linear摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效 應(yīng)晶體管。為揭示納米尺度該類器件的量子輸運(yùn)特性，本發(fā)明在非平衡格林函數(shù)（NEGF)框 架下，通過自洽求解三維泊松和薛定諤方程，對(duì)不同摻雜結(jié)構(gòu)的CNTFETs電學(xué)特性進(jìn)行了 數(shù)值模擬，并給出了相應(yīng)的性能比較。本發(fā)明對(duì)揭示CNTFET的輸運(yùn)物理機(jī)制、改善CNTFET 器件結(jié)構(gòu)性能提供理論依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1本發(fā)明的垂直截面示意圖。
[0017] 圖2基于非平衡格林函數(shù)（NEGF)的自洽迭代求解過程。
[0018] 圖中有：柵極1、柵氧化層2、N型重?fù)诫s區(qū)3、峰值摻雜結(jié)構(gòu)4、線性摻雜結(jié)構(gòu)5、本 征碳納米管6 ;X，Z分別為三維坐標(biāo)軸的X方向和Z方向，Vs :源極電壓，Ve :柵極電壓，VD :漏 極電壓，Ls :源擴(kuò)展區(qū)長度，LD :漏擴(kuò)展區(qū)長度，N+ :N型重?fù)诫s。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0020] 本發(fā)明的峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管包括源極Vs、漏極 VD、溝道、柵氧化層2和雙柵極結(jié)構(gòu)，所述溝道由碳納米管層構(gòu)成，在所述碳納米管層上從 臨近源極一端向臨近漏極一端依次為N型重?fù)诫s區(qū)3、線性摻雜結(jié)構(gòu)5、峰值摻雜結(jié)構(gòu)4、本 征碳納米管6、線性摻雜結(jié)構(gòu)5、N型重?fù)诫s區(qū)3 ;柵氧化層2位于碳納米管層的兩側(cè)，在兩柵 氧化層2的外側(cè)設(shè)有柵極1形成雙柵極結(jié)構(gòu)。
[0021] 所述的雙柵極結(jié)構(gòu)為關(guān)于溝道對(duì)稱的兩個(gè)柵極1，所述的兩個(gè)柵極1為同種電介 質(zhì)材料填充形成。
[0022] 所述碳納米管上的臨近源極一端的N型重?fù)诫s區(qū)3和線性摻雜結(jié)構(gòu)5構(gòu)成源擴(kuò)展 區(qū)，長度為L s，臨近漏極一端的N型重?fù)诫s區(qū)3和線性摻雜結(jié)構(gòu)5構(gòu)成漏擴(kuò)展區(qū)，長度為Ld， 其中L s = Ld。
[0023] 本發(fā)明的類金屬-氧化層半導(dǎo)體場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管如圖1所示，整 個(gè)結(jié)構(gòu)包括源極、漏極、溝道、柵氧化層2和雙柵極結(jié)構(gòu)，所述溝道由碳納米管構(gòu)成，所述碳 納米管上從臨近源極一端向臨近漏極一端依次為N型重?fù)诫s區(qū)3、線性摻雜結(jié)構(gòu)5、峰值摻 雜結(jié)構(gòu)4、本征碳納米管6、線性摻雜結(jié)構(gòu)5、N型重?fù)诫s區(qū)3。氧柵化層2厚度為2nm，柵氧 化層2的介電常數(shù)為16。源擴(kuò)展區(qū)長度L s和漏擴(kuò)展區(qū)的長度LD相等，取值為30nm，柵極長 度為15. 3nm。峰值摻雜結(jié)構(gòu)4的長度為5nm，線性摻雜結(jié)構(gòu)5的長度為15nm，N型重?fù)诫s區(qū) 3的摻雜濃度為1. ΟηπΓ1，峰值摻雜結(jié)構(gòu)4的摻雜濃度為1. βηπΓ1。
[0024] 本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，雙柵極結(jié)構(gòu)為關(guān)于溝道對(duì)稱的兩個(gè)柵極1，所述的兩 個(gè)柵極1為同種電介質(zhì)材料填充形成。即頂柵和底柵，其采用功函數(shù)為4. 4的錫金屬作為 柵極材料，器件溝道與兩柵電極間用柵電介質(zhì)填充。
[0025] 本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施例中，碳納米管上的臨近源極一端的Ν型重?fù)诫s區(qū)3和 線性摻雜結(jié)構(gòu)構(gòu)5成源擴(kuò)展區(qū)，長度為L s，臨近漏極一端的Ν型重?fù)诫s區(qū)3和線性摻雜結(jié)構(gòu) 5,構(gòu)成漏擴(kuò)展區(qū)，長度為LD，其中L s = LD。器件的仿真是通過在?？臻g下構(gòu)建緊束縛哈密 頓量，基于非平衡格林函數(shù)方法，自洽迭代求解泊松和薛定諤方程組（過程如圖2所示），最 后利用Landauer-Buttiker公式進(jìn)一步求取系統(tǒng)的其他電學(xué)參量。
[0026] 針對(duì)類金屬-氧化層-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET-Like)的碳納米管器件隨著器件 尺寸不斷縮小會(huì)產(chǎn)生一些二級(jí)效應(yīng)如漏致勢壘降低（DIBL)效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)（HCE)等 問題，從橫向溝道工程的角度出發(fā)，提出一種用于改善常規(guī)碳納米場效應(yīng)管電學(xué)性能的新 型摻雜策略。其次基于量子力學(xué)非平衡格林函數(shù)（NEGF)理論框架，在開放邊界條件下，通 過自洽求解二維泊松和薛定諤方程，構(gòu)建了適用于非均勻摻雜的碳納米場效應(yīng)管的輸運(yùn)模 型，并利用該模型分析采用HALO-Linear摻雜策略對(duì)碳納米場效應(yīng)管（CNTFET)電學(xué)特性的 影響?？傮w上看，該摻雜策略模型具有以下特征：
[0027] A.它是一種雙柵結(jié)構(gòu)，其中用碳納米管作為導(dǎo)電溝道，溝道與兩個(gè)柵電極間用同 種電介質(zhì)材料填充，且兩個(gè)柵電極以溝道為中心形成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
[0028] B.器件的源/漏擴(kuò)展區(qū)均為N型重?fù)诫s區(qū)3,另外在碳納米管溝道靠近源區(qū)附近 采用峰值（HALO)摻雜結(jié)構(gòu)4,而在器件源區(qū)和漏區(qū)靠近溝道處分別采用線性摻雜結(jié)構(gòu)5,最 終形成峰值-對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)。
[0029] C.模型的計(jì)算是利用非平衡格林函數(shù)（NEGF)方法，在開放邊界條件下，自洽求解 二維泊松和薛定諤方程。具體過程為：給定初始溝道電勢，帶入非平衡格林函數(shù)（NEGF)方 程計(jì)算出其電荷密度，再將求得的電荷密度代入泊松方程求解出CNT溝道中的靜電勢，然 后再將此電勢重新代入非平衡格林函數(shù)（NEGF)方程中進(jìn)行計(jì)算，如此反復(fù)迭代直到得到 自洽解為止。
[0030] 模型的計(jì)算是利用非平衡格林函數(shù)（NEGF)方法，在開放邊界條件下，自洽求解二 維泊松和薛定諤方程。具體過程是給定一個(gè)初始溝道電勢，利用非平衡格林函數(shù)（NEGF)方 程計(jì)算出其電荷密度，再將電荷密度代入泊松方程求解出CNT溝道中的靜電勢，然后又將 求得的電勢重新代入非平衡格林函數(shù)（NEGF)方程中進(jìn)行計(jì)算，如此反復(fù)迭代直到得到自 洽解為止，整個(gè)計(jì)算迭代過程如圖2所示。本發(fā)明所計(jì)算的碳納米場效應(yīng)管的整個(gè)系統(tǒng)包 括兩個(gè)自能矩陣1 8和ΣΒ，分別用于描述導(dǎo)電溝道與源/漏端的耦合關(guān)系，在選定了合適 的基組和用于描述溝道的哈密頓量以及自能項(xiàng)后，對(duì)于給定的自洽電勢，系統(tǒng)的遲滯格林 函數(shù)有如下形式[S. Datta，Nanoscale device modeling: the Green's function method. SuperlattMicrostruct2000 ；28(4):253]：
[0031 ] G (E) = [ (E+i η+) I_H_ Σ D_ Σ s] 1 (1)
[0032] 式中E為能量，iT是一個(gè)正無窮小量，I是單位矩陣，Σ,和ΣΒ分別為器件源和 漏電極貢獻(xiàn)的自能項(xiàng)，可根據(jù)表面格林函數(shù)通過迭代求出。假設(shè)源漏區(qū)的電勢與CNT的 平衡費(fèi)米能級(jí)持平，且沒有完全的限制態(tài)，當(dāng)求得表面格林函數(shù)后，那么器件中任一位置 的電子和空穴密度可由下式求得[VENUG0PALR，PAULSS0N M，G0ASGUEN S，et al.A simple quantum mechanical treatment of scattering nanoscale transistors[J].J Appl Phys, 2003, 93 (9) : 5613-5625.]：
[0033] ?(/) - f'' dE[0rsG' f{E - E,..s) + GVnG1 f(E - Em)]
[0034] Pi'') = dE\GVsG1 [1 - f(E -EIS)] + GVnG Em)]} ⑷
[0035] 其中氏為碳納米管部分的費(fèi)米能級(jí)，f是費(fèi)米-狄拉克分布函數(shù)，EFS(D)是源（漏） 區(qū)的費(fèi)米能級(jí)。
[0036] 將求出的電子和空穴密度代入二維泊松方程以求解靜電勢，其中二維泊松方程可 由下式表示
[0037] y：U{i\z) = --p{i\z) (5)
[0038] 上式中U為靜電勢，ε是介電常數(shù)，P是摻雜濃度。最后，為了計(jì)算器件溝道電 流，可以利用Landauer-Buttiker公式
[0039] 1 = ^-\yET{E)U\B- ￡·, s)- f(E-EFD)] (6)
[0040] 其中q是電子電荷，h是普朗克常量，T(E)是電子通過溝道的透射系數(shù)[DATTAS. Nanoscale device modeling:The Green' s function method[J]. Superlattices Micros truct,2000,28 (4):253 - 278.]：
[0041] T [E] = Trace [ Γ G Γ G+] (7)
[0042] 在上述量子模型框架下，對(duì)采用不同摻雜策略的碳納米場效應(yīng)管的電流特性和開 關(guān)特性進(jìn)行了模擬分析。
[0043] lCNTFETs的電流特性
[0044] 通過對(duì)比采用不同摻雜策略碳納米場效應(yīng)管（CNTFETs)的I-V電流特性，發(fā)現(xiàn)在 相同柵壓下，采用峰值-對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管（HL-CNTFET)輸出電流最小， 而常規(guī)CNTFET(C-CNTFET)的輸出電流最大，且其電導(dǎo)要大于前者。然而，在同源漏偏壓下， HL-CNTFET與C-CNTFET的開態(tài)電流幾乎相等，C-CNTFET的關(guān)態(tài)電流較大，但HL-CNTFET的 關(guān)態(tài)電流非常低，故其擁有更大的開關(guān)電流比。
[0045] 2CNTFETS的亞閾值特性
[0046] 為了研究不同摻雜策略對(duì)碳納米場效應(yīng)管性能的影響，探究本發(fā)明提出的新型摻 雜結(jié)構(gòu)相對(duì)于其他結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的改善程度，對(duì)采用不同摻雜結(jié)構(gòu)的CNTFETs的亞閾值 特性作了分析，對(duì)比結(jié)果表明HL-CNTFET擁有最理想的亞閾值擺幅，反映出該摻雜結(jié)構(gòu)的 柵控能力明顯優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)。
[0047] 3CNTFETS的高頻特性
[0048] 為了探究采用HALO-Linear摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管在高頻特性方面的表現(xiàn)， 對(duì)比了常規(guī)C-CNTFET、對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)L-CNTFET、單HALO摻雜結(jié)構(gòu)H-CNTFET和HALO結(jié) 合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)HL-CNTFET在不同溝道長度時(shí)，它們的開關(guān)電流比、延遲時(shí)間、截止頻 率隨溝道長度的變化關(guān)系。結(jié)果表明，隨著溝道長度的增加，沒有進(jìn)行HALO摻雜結(jié)構(gòu)的器 件的開關(guān)電流比幾乎不變，而采用HALO摻雜策略的器件的開關(guān)電流比在不斷增大，其大小 遠(yuǎn)大于前面兩種摻雜策略的器件，這說明HL-CNTFET有很大的開關(guān)電流比是由HALO摻雜結(jié) 構(gòu)決定的。另一方面，四種結(jié)構(gòu)中采用對(duì)稱線性摻雜策略的兩種器件的延遲時(shí)間較小，而采 用HALO摻雜策略的兩種器件的延遲時(shí)間較大，故HL-CNTFET的延遲時(shí)間的降低是因?yàn)閷?duì)稱 線性摻雜結(jié)構(gòu)的采用。同時(shí)，HL-CNTFET還有很高的截止頻率。
[〇〇49] 應(yīng)理解上述實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明技術(shù)方案的【具體實(shí)施方式】，而不用于限制本 發(fā)明的范圍。在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等同形式的修改和替 換均落于本申請權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管，其特征在于，該場效應(yīng)管 包括源極^、漏極V D、溝道、柵氧化層（2)和雙柵極Ve結(jié)構(gòu)，所述溝道由碳納米管層構(gòu)成，在 所述碳納米管層上從臨近源極一端向臨近漏極一端依次為N型重?fù)诫s區(qū)（3)、線性摻雜結(jié) 構(gòu)（5)、峰值摻雜結(jié)構(gòu)（4)、本征碳納米管（6)、線性摻雜結(jié)構(gòu)（5)、N型重?fù)诫s區(qū)（3);柵氧化 層（2)位于碳納米管層的兩側(cè)，在兩柵氧化層（2)的外側(cè)設(shè)有柵極（1)形成雙柵極結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)管，其 特征在于，所述的雙柵極結(jié)構(gòu)為關(guān)于溝道對(duì)稱的兩個(gè)柵極（1)，所述的兩個(gè)柵極（1)為同種 電介質(zhì)材料填充形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種峰值摻雜結(jié)合對(duì)稱線性摻雜結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng) 管，其特征在于，所述碳納米管上的臨近源極一端的N型重?fù)诫s區(qū)（3)和線性摻雜結(jié)構(gòu)（5) 構(gòu)成源擴(kuò)展區(qū)，長度為1^，臨近漏極一端的N型重?fù)诫s區(qū)（3)和線性摻雜結(jié)構(gòu)（5)構(gòu)成漏擴(kuò) 展區(qū)，長度為L d，其中Ls = Ld。
【文檔編號(hào)】B82Y10/00GK104103692SQ201410334950
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】王偉, 高健, 張露, 岳工舒, 張婷, 李娜, 楊曉 申請人:南京郵電大學(xué)