 |
|||||||||
 |
2019, том 17, выпуск 2 |
|
|||||||
|
|||||||||
Выпуски/2019/том 17 /выпуск 2 |
Yu. O. Kruglyak
«Physics of Nanotransistors: Scattering of Electrons and Model of Transmission of Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor»
0225–0253 (2019)
PACS numbers: 72.10.-d, 72.20.Dp, 73.23.Ad, 73.40.-c, 73.50.Bk, 84.32.Ff, 85.35.-p
Подробно рассмотрена качественная картина явлений рассеяния электронов в канале проводимости нанотранзисторов и сформулированы важнейшие результаты в виде сводки формул (18), в которой ключевым является понятие о коэффициенте прохождения T(E), связывающем среднюю длину свободного пробега назад ?(E) с длиной канала проводимости L. Затем обобщённая теория транспорта Ландауэра–Датта–Лундстрома (ЛДЛ) позволила построить модель прохождения MOSFET с учётом рассеяния электронов. Ограничения, накладываемые электростатикой MOS, учтены в выражении Ландауэра для тока (19). Итогом явилась модель прохождения MOSFET в виде сводки формул (36) для вычисления линейной области и области насыщения выходной характеристики нанотранзистора, которую полезно сравнить с баллистической моделью MOSFET (69/[1]). Если транзистор работает в подпороговом режиме, можно воспользоваться невырожденной статистикой. Однако в режиме выше порога зона проводимости на вершине барьера близка или даже ниже уровня Ферми, так что нужно пользоваться статистикой Ферми–Дирака. Тем не менее, стало практикой в теории устройств со структурой MOS использовать невырожденную статистику Максвелла–Больцмана, поскольку использование её сильно упрощает расчёты, ведёт к более простым формулам и делает теорию более понятной. На практике также обычно некоторые параметры транзистора не известны с достаточной точностью, и в случае использования невырожденной статистики они могут рассматриваться в качестве параметров подгонки, обеспечивая вполне приемлемые результаты. Полученные уравнения хорошо согласуются с физикой процессов в линейной области, как и в области насыщения, чего нельзя сказать обо всей области изменения напряжения на стоке, поскольку у нас нет достаточно надёжной модели для зависимости T(VDS). Далее будет показано, как можно объединить модель прохождения и модель виртуального истока и таким образом выйти на моделирование всей цельной выходной характеристики MOSFET.
Keywords: nanoelectronics, field effect transistor, MOSFET, LDL model, transistor metrics, electron scattering, penetration model
References
1. Yu. A. Kruglyak, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 17, No. 1: 25 (2019) (in Russian).2. M. Lundstrom, Fundamentals of Carrier Transport (Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press: 2000). https://doi.org/10.1017/CBO9780511618611
3. M. Lundstrom and C. Jeong, Near-Equilibrium Transport. Fundamentals and Applications (Singapore: World Scientific: 2013).
4. Yu. A. Kruglyak, Nanoelektronika ‘Snizu–Vvverkh (Odessa: TEhS: 2015) (in Russian).
5. M. Lundstrom, Fundamentals of Nanotransistors (Singapore: World Scientific: 2018).
www.nanohub.org/courses/NT.
6. P. A. M. Dirac, Proc. Royal Soc. A, 114: 243 (1927). https://doi.org/10.1098/rspa.1927.0039
7. E. Fermi, Nuclear Physics (Chicago: Univ. of Chicago Press: 1950).
8. P. J. Price, Semiconductors and Semimetals, 14: 2498 (1979).
9. P. Palestri, D. Esseni, S. Eminente, C. Fiegna, E. Sangiorgi, and L. Selmi, IEEE Trans. Electron Dev., 52: 2727 (2005). https://doi.org/10.1109/TED.2005.859593
10. R. Clerc, P. Palestri, L. Selmi, and G. Ghibaudo, J. Appl. Phys., 110: 104502 (2011). https://doi.org/10.1063/1.3660769
11. Changwook Jeong, Raseong Kim, M. Luisier, S. Datta, and M. Lundstrom, J. Appl. Phys., 107: 023707 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3291120
12. M. V. Fischetti, T. P. O Regan, N. Sudarshan, C. Sachs, S. Jin, J. Kim, and Y. Zhang, IEEE Trans. Electron Dev., 54: 2116 (2007). https://doi.org/10.1109/TED.2007.902722
13. Yu. A. Kruglyak, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 16, No. 2: 233 (2018) (in Russian).
14. Yu. A. Kruglyak, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 16, No. 4: 599 (2018) (in Russian).
15. G. Gildenblat, J. Appl. Phys., 91: 9883 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1477601
16. S. Rakheja, M. Lundstrom, and D. Antoniadis, Intern. Electron Dev. Mtg. (IEDM), Technical Digest, 35.1.1 (2014).
17. T. Uechi, T. Fukui, and N. Sano, Phys. Status Solidi C, 5: 102 (2008). https://doi.org/10.1002/pssc.200776547
18. A. Majumdar and D. A. Antoniadis, IEEE Trans. Electron Dev., 61: 351 (2014). https://doi.org/10.1109/TED.2013.2294380
19. Yu. A. Kruglyak, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 17, No. 1: 57 (2019) (in Russian).
 Все статьи доступны по Лицензии Creative Commons “Attribution-NoDerivatives” («атрибуция — без производных статей») 4.0 Всемирная ©2003—2021 НАНОСИСТЕМЫ, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова Национальной Академии наук Украины. Электронная почта: tatar@imp.kiev.ua Телефоны и адрес редакции О сборнике Пользовательское соглашение |