Een hoogwaardige rechthoekige Gate U-kanaal-FET's met slechts 2 nm afstand tussen bron- en afvoercontacten

Resultaten en discussies

Het Bohm-quantumpotentiaal (BQP) -model berekent een positieafhankelijke potentiële energieterm met behulp van een hulpvergelijking die is afgeleid van de Bohm-interpretatie van de kwantummechanica. Dit model is afgeleid van pure fysica en stelt het model in staat om het kwantumgedrag van verschillende klassen apparaten en een reeks materialen te benaderen. De effecten van kwantumopsluiting op de prestaties van het apparaat, waaronder I -V kenmerken, worden dan tot een goede benadering berekend. Eerdere studies tonen aan dat de lekstroom van de poort verwaarloosbaar is voor gevallen met een oxidedikte groter dan 0,5 nm [7, 26].

Figuur 2a toont de vergelijkingen van de drain-source huidige gate-source spanning (I _DS -V _GS ) kenmerken van de RGUC FET met verschillende h _in s op zowel logaritmische als lineaire schalen. Afbeelding 2b toont de vergelijkingen van subthreshold swings (SS) en I _AAN /Ik _UIT verhouding van de RGUC FET met verschillende h _in s. Met de toename van h _in , wordt het verticale pad van het hele kanaal van bron tot afvoer continu vergroot, vervolgens neemt de kortste effectieve kanaallengte geleidelijk toe en het korte-kanaaleffect verzwakt geleidelijk en wordt uiteindelijk geëlimineerd. De SS kan een bijna ideale waarde van 65 mV/dec realiseren voor h _in bereikt 10 nm. De ik _AAN /Ik _UIT verhouding neemt ook ongeveer 35 keer toe voor u _in neemt toe van 2 naar 10 nm vanwege de continu verminderde SS. De verlengde h _in maakt de afstand van het kortste pad van bron naar afvoer groter van 6 naar 22 nm, wat gelijk is aan 2 h _in + t _sp en is gelijk aan de effectieve kanaallengte van de voorgestelde constructie. Figuur 2c en d tonen een 2D-elektronenconcentratieverdeling in het siliciumlichaam in uitgeschakelde toestand voor het apparaat met 2 nm en 10 nm h _in , respectievelijk. Voor het geval van 2 nm is de hoogste elektronenconcentratie in het horizontale lichaamsgebied ongeveer 10 ¹² cm ⁻³ en de afstand tussen source/drain contact en het horizontale lichaamsgebied is zeer kort. Daarna beïnvloedt de source/drain-bias de elektronendistributie in het horizontale lichaamsgebied ernstig; de oplossing is om het verticale kanaal te verlengen dat de bron/afvoer weghoudt van het horizontale lichaamsgebied. Voor het geval van 10 nm kunnen we in figuur 2d zien dat de hoogste elektronenconcentratie in het horizontale lichaamsgebied wordt verlaagd tot 10 ⁹ cm ⁻³ , en het maakt een meer ideaal volledig uitgeput gebied voor de uit-toestand die een veel lager niveau van lekstroom met zich meebrengt.

een De vergelijkingen van de I _DS -V _GS kenmerken van de RGUC FET met verschillende h _in s op zowel logaritmische als lineaire schalen. b De vergelijkingen van subthreshold swings (SS) en I _AAN /Ik _UIT verhouding van de RGUC FET met verschillende h _in s. c 2-D elektronenconcentratieverdeling in het siliciumlichaam in uitgeschakelde toestand voor het apparaat met 2-nm h _in . d 2-D elektronenconcentratieverdeling in het siliciumlichaam in uitgeschakelde toestand voor het apparaat met 10 nm h _in

Afbeelding 3a toont de vergelijkingen van de I _DS -V _GS kenmerken van de RGUC FET met verschillende t _sp s op zowel logaritmische als lineaire schalen. Afbeelding 3b toont de vergelijkingen van subthreshold swings (SS) en I _AAN /Ik _UIT verhouding van de RGUC FET met verschillende t _sp s. Met de afname van t _sp , wordt ook de afstand tussen source- en draincontacten continu kleiner. De lekstroom wordt voornamelijk geïnduceerd door band-naar-band tunnelstroom. De tunnelkans is evenredig met de bandbuiging die gelijk kan zijn aan de elektrische veldintensiteit op een bepaald punt. De totale tunnelstroom is de som van de tunnelstroom die in elk punt van het lichaamsgebied wordt gegenereerd.

een De vergelijkingen van de I _DS -V _GS kenmerken van de RGUC FET met verschillende t _sp s op zowel logaritmische als lineaire schalen. b De vergelijkingen van subthreshold swings (SS) en I _AAN /I_UIT verhouding van de RGUC FET met verschillende t _sp s. c 2-D elektrische veldverdeling in het siliciumlichaam in uitgeschakelde toestand voor het apparaat met 2 nm t _sp . d 2-D elektrische veldverdeling in het siliciumlichaam in uitgeschakelde toestand voor het apparaat met 0,5 nm t _sp . e 2-D elektronenconcentratieverdeling in het siliciumlichaam in uitgeschakelde toestand voor het apparaat met 0,5 nm t _sp

Afbeelding 3c en Afbeelding 2d tonen een 2D-elektrische veldverdeling in het siliciumlichaam in uitgeschakelde toestand voor het apparaat met 2 nm en 0,5 nm t _sp , respectievelijk. Voor een grotere afstandsdikte of een kleinere afvoer-bronspanning (V _DS ) bias, is de elektrische veldintensiteit op de interface tussen de spacer in het verzonken gebied niet sterk genoeg om een ​​grote hoeveelheid lekstroom te produceren. De sterkste elektrische veldintensiteit verschijnt nabij het grensvlak tussen het poortoxide en het verticale lichaamsdeel, wat wordt bepaald door V _GD . Als de source-to-drain-afstand echter wordt verkleind tot minder dan 1 nm (minder dan de gate-oxidedikte), verschijnt de sterkste veldintensiteit nabij het grensvlak tussen de spacer in het verzonken gebied en de twee verticale lichaamsdelen. Het is te zien dat wanneer t _sp kleiner is dan 1 nm, voor een grotere V _DS (bijvoorbeeld 0,5 V), de lekstroom is bijna onafhankelijk van de gate-bias en wordt voornamelijk bepaald door de V _DS . De SS is bijna onafhankelijk met t _sp en handhaaft een bijna ideale waarde van 65 mV/dec gedurende een u _in = 10 nm hoofdlettergebruik tot t _sp kleiner is dan 2 nm. De ik _AAN /Ik _UIT verhouding handhaaft 10 ⁸ tot t _sp = 2 nm en is ernstig aangetast voor t _sp minder dan 2 nm als gevolg van de toename van de lekstroom die wordt veroorzaakt door het sterke elektrische veld, verschijnt nabij het grensvlak tussen de afstandhouder in het verzonken gebied en de twee verticale lichaamsdelen. De elektrische veldintensiteit van het siliciumlichaam in het lichaamsgebied is uitgebreid verbeterd voor de 0,5 nm t _sp geval. Afbeelding 3e toont de 2D-elektronenconcentratieverdeling in het siliciumlichaam in uitgeschakelde toestand voor het apparaat met 0,5 nm t _sp . In vergelijking met figuur 2d is duidelijk te zien dat de elektronenconcentratie in het horizontale lichaamsgebied is vergroot van 10 ⁹ tot 10 ¹⁰ cm ⁻³ . Bovendien ligt de afmeting van een afstandsstukdikte van 0,5 nm zeer dicht bij een laag met één molecuul, wat tot op zekere hoogte schade aan de isolatie-eigenschap van de afstandslaag kan veroorzaken. Om de hierboven genoemde reden is de t _sp wordt voorgesteld om 2 nm te zijn voor een ontwerp met hoge integratie en lage lekkage en laag stroomverbruik.

Afbeelding 4 toont de I _DS -V _DS van de voorgestelde RGUC FET met geoptimaliseerde structuur onder verschillende.

Ik _DS -V _DS kenmerk van de voorgestelde RGUC FET met geoptimaliseerde apparaatparameters

V _GS waarden, waarvan de SS ongeveer 63 mV/dec is, en de I AAN/Ik UIT is 10 ⁹ ~ 10 ¹⁰ . De verzadigde stroom neemt toe met V _GS neemt toe.