Скачать полную версию статьи (в PDF формате)

Yu. O. Kruglyak
«Physics of Nanotransistors: the Theory of the Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor in a Traditional Posing, the Principles of Model of a Virtual Source, and Approximation of an Exhaustion»
0233–0270 (2018)

PACS numbers: 72.20.Dp, 72.80.Ey, 85.30.De, 85.30.Pq, 85.30.Tv, 85.40.Bh

Рассмотрена традиционная теория MOSFET. Обсуждаются лишь наиболее существенные идеи привычного подхода, получившего также название «сверху–вниз». В частности, ограничимся моделированием лишь линейной области и области насыщения вольт-амперных характеристик и вместе с тем покажем, что существенные черты традиционного подхода вполне приемлемы и могут служить отправной точкой при разработке во многом совершенно иной физической картины процессов в нанотранзисторах. Традиционная модель MOSFET была переписана в форме, близкой к модели виртуального истока. Применение этой усовершенствованной модели к современным нанотранзисторам оказалось удивительно удачным, что является следствием учёта электростатики MOS через такой существенный фактор как контроль высоты барьера между истоком и каналом со стороны затвора. Наиболее слабым местом этой модели является описание транспорта электронов, поскольку оно базируется на использовании таких понятий как подвижность и скорость насыщения. Именно поэтому эти две метрики и были выбраны в качестве подгоночных параметров, с целью вписаться в экспериментальные данные для входных характеристик. Далее мы вернёмся к более глубокому рассмотрению электростатики MOS и покажем, как можно более корректно описать подпороговую и надпороговую области, результатом чего явится улучшенная модель виртуального истока, однако подвижность и скорость насыщения всё же останутся подгоночными параметрами. После этого физически более корректно опишем транспорт электронов с учётом возможности баллистического транспорта и окончательно построим модель виртуального истока, адекватную современным нанотранзисторам с длиной канала проводимости не менее 10 нм.

Keywords: nanoelectronics, field effect transistor, current–voltage characteristics, transistor metrics, transistor control, virtual source