碳纳米管薄膜场效应晶体管低温电学特性

基于网络状碳纳米管(carbon nanotube,CNT)薄膜制备了网络状碳纳米管薄膜场效应晶体管(carbon nanotube thin film field effect transistor,CNT-TFT),研究了温度为100~300 K时,CNT-TFT的电学特性,并对关键电学参数,如开态电流I_(on)、跨导G_(m)、阈值电压V_(th)和亚阈值摆幅S_(S)等,进行了深入分析。研究结果表明,随着温度的降低,G_(m)出现了下降,V_(th)向左漂移;在G_(m)和V_(th)共同作用下,I_(on)显著下降。通过对电学参数随温度演化机制的深入分析,发现器件G_(m)的降低不仅与CNT内的散射及CNT-金属接触电阻相关,而且与交叠的碳纳米管间的结电阻密切相关。同时,研究还表明,低温下,界面俘获中心对电子俘获概率的减小是引起器件V_(th)和S_(S)变化的主要因素。

一种基于单壁碳纳米管网络的柔性场效应晶体管器件

针对未来可穿戴电子设备对高性能柔性场效应晶体管的迫切需求,提出一种基于单壁碳纳米管网络的柔性场效应晶体管的制备方法,采用超柔的聚酰亚胺薄膜(PI)作为衬底,以具有高介电常数的氧化铪作为栅介质层,由一维碳纳米管搭建的网路状结构作为晶体管导电沟道。实验结果表明,在超柔PI衬底上,所制备柔性场效应晶体管表现出典型的P型导电特性,开关比达到10^(5)以上,具有良好的开关特性。所制备器件在200次弯折之后,仍能表现出10^(4)以上的高开关比,证明所制备柔性晶体管器件具有良好的耐弯折特性,具有应用于可穿戴电子器件的巨大潜力。

硅纳米线不同的掺杂浓度对无结场效应晶体管性能的影响

根据摩尔定律(集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍),集成电路的基本单元MOSFET的尺寸会越来越小,随之而来不仅在制作工艺上的难度加深,短沟道效应也愈发凸显,功耗也越来越大。为了解决以上问题,无结场效应晶体管(Junctionless Field Effect Tansistor)被广泛提出。该器件的源、漏沟道具有相同的掺杂类型和掺杂浓度,沿着沟道方向,不存在"结"。研究结果表明,无结场效应晶体管具有开关比高、沟道迁移率高等优点,并有效抑制了短沟道效应。该论文利用三维数值模拟软件SILVACO对立体栅进行了仿真,研究了硅纳米线不同的纵向掺杂浓度对器件性能的影响。

碳纳米管场效应晶体管设计与应用

碳纳米管具有一些独特的电学性质,在纳米电子学有很好的应用前景。随着纳米技术的发展,新的工艺技术也随之产生。纳米器件的"由下至上"制作工艺,是在纳米技术和纳米材料的基础之上发展起来的,在新工艺基础之上,可以利用纳米管、纳米线的性质制作成各种新的电子器件。由于碳纳米管可以和硅在电子电路中扮演同样的角色,随着基于碳纳米管的纳米电路研究的深入发展,电子学将在真正意义上从微电子时代进入纳电子时代。从分析碳纳米管分立场效应晶体管典型结构特点入手,分析阐述了碳纳米管构建的典型纳米逻辑电路结构特征及碳纳米管在柔性纳米集成电路方面的应用。

单壁碳纳米管作沟道的场效应晶体管输运特性理论研究

为研究以单壁碳纳米管(CNT)作沟道的场效应晶体管(FET)的输运特性,采用非平衡格林函数(NEGF)理论,构建了CNTFET的电子输运模型,该方法摒弃粗糙的连续体模型,可实现CNTFET输运性质与手性指数的直接对接。以(17,0)锯齿型管为例,数值计算了CNTFET输出特性、转移特性、跨导、亚阈值摆幅、开关态电流比等电学特性;在等效栅氧化层厚度相同的情况下,对比了采用不同栅介质材料时上述电学特性在数值上的差异,发现随栅介质介电常数的增加,漏感应势垒降低效应变得显著,这不但导致开态时从源注入到漏的电子浓度增加、电流增大,也导致关态电流增大,开关态的电流比减少。研究还发现在通常的栅源和漏源电压下,沟道中出现热电子。

碳纳米管定向网络场效应晶体管的制备及特性

目的采用简单易行的方法,制备以碳纳米管定向网络为导电沟道的场效应晶体管。方法采用氧化及酸处理的方法对碳纳米管进行提纯,用高频交流电泳在电极间形成碳纳米管的定向网络,并据碳纳米管的导电特性确定半导体性碳纳米管的耗尽栅压,利用大电流烧蚀法去除金属性碳纳米管。结果制备出背栅型碳纳米管定向网络场效应晶体管,测量了输出特性。结论经过提纯处理的碳纳米管纯度提高,碳纳米管在电极间的定向分布效果随交流电场频率的提高而改善,制备出的碳纳米管场效应晶体管具备一定的场效应特性。

Si纳米线场效应晶体管研究进展

从Si纳米线场效应晶体管(SiNWFET)的结构原理、Si纳米线的制作工艺以及器件电学性能的改善措施三个方面介绍了SiNWFET的研究进展。通过分析SiNWFET的漏极电压对沟道电势的影响,表明SiNWFET自身的细沟道和围栅结构对于改善亚阈值特性和抑制短沟道效应起着关键作用。针对Si纳米线的制备,介绍了光刻、刻蚀与热氧化等自上而下的方法和气-液-固生长这种自下而上的方法。分析了SiNWFET的电学性能,探讨了为改善电学性能而进行的器件结构和工艺的改进,包括选择沟道取向,采用多条纳米线、应变纳米线或新材料作为沟道以及减小源-漏接触电阻等措施。最后对SiNWFET所面临的挑战和前景作了展望。

分子束外延AlGaN/GaN异质结场效应晶体管材料

用自组装的氨源分子束外延 (NH3-MBE)系统和射频等离子体辅助分子束外延 (PA-MBE)系统在 C面蓝宝石衬底上外延了优质 Ga N以及 Al Ga N/Ga N二维电子气材料。Ga N膜 (1 .2 μm厚 )室温电子迁移率达3 0 0 cm2 /V· s,背景电子浓度低至 2× 1 0 1 7cm- 3。双晶 X射线衍射 (0 0 0 2 )摇摆曲线半高宽为 6arcmin。 Al Ga N/Ga N二维电子气材料最高的室温和 77K二维电子气电子迁移率分别为 73 0 cm2 /V·s和 1 2 0 0 cm2 /V· s,相应的电子面密度分别是 7.6× 1 0 1 2 cm- 2和 7.1× 1 0 1 2 cm- 2 ;用所外延的 Al Ga N/Ga N二维电子气材料制备出了性能良好的 Al Ga N/Ga N HFET(异质结场效应晶体管 ) ,室温跨导为 5 0 m S/mm(栅长 1 μm) ,截止频率达 1 3 GHz(栅长 0 .5μm)。该器件在 3 0 0°C出现明显的并联电导 。

碳纳米管场效应晶体管的研究进展

介绍了利用纳米材料和技术代替传统的硅(Si)材料，研制电子功能元器件的重要性和急迫性。着重介绍了用纳米碳管研制场效应晶体管(FET)这一重要的电子元件的进展情况及几种常见的碳纳米管FET。分析了现有的碳纳米管FET实用化的困难和存在的问题，并展望了碳纳米管FET的应用前景。

12 GHz GaAs/InGaAs异质结双栅功率场效应晶体管

报道了GaAs／InGaAs异质结双杨功率场效应晶体管的设计考虑、器件结构和制作，讨论了所采用的一些关键工艺，给出了器件性能。在12GHz下，最大输出功率≥130mW，增益≥12dB，功率附加效率≥30％。

硅纳米管和纳米线场效应晶体管的模拟和比较

从硅纳米管和纳米线场效应晶体管的结构出发,先用Silvaco公司的TCAD仿真软件模拟出硅纳米管和纳米线的电势分布,然后根据电势分布依次求出两种器件的有效哈密顿量、非平衡格林函数及自能函数和电子浓度,再从电子浓度推导出电流密度与电压方程,并对其进行了分析比较。仿真结果显示,在沟道横截面积相同的情况下,纳米管器件的阈值电压比纳米线器件的高,且随管内外径之差的增加而减小。栅压比较大的情况下,在饱和区纳米管器件比纳米线器件能提供更大的驱动电流。两者在亚阈值区域表现相似,亚阈值摆幅分别为58和57 mV/dec。纳米管器件的饱和电压比纳米线器件的略小,在饱和区纳米管器件的电流更加平直,短沟道效应更不明显。

碳纳米管场效应晶体管电子输运特性的研究

由于硅器件尺寸不断缩小至纳米尺度,人们因此对纳米尺度器件开展了理论与结构方面的广泛而深入的研究,其中最重要的纳米尺度器件是基于碳纳米管的电场效应器件并被称为碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)。本文分析了碳纳米管场效应晶体管沟道电子的传输特性,并给出了用器件端子参数描述的器件I-V特性方程表达式,计算了器件的I-V特性曲线并把结果与纳米器件专用分析软件nanoMOS-2.0给出的结果作了比较,发现本文模型的计算结果均大于nanoMOS-2.0给出的结果,表明本文模型尚需进一步的深入分析和优化。

基于量子模型的碳纳米管场效应晶体管电子输运特性

采用量子输运模型和NEGF理论,自洽求解薛定谔方程和泊松方程,对类MOS-碳纳米管场效应晶体管的电子输运特性建模。考察了沟道长度Lg为5-25 nm时,其对器件的导通电流、阈值电压、关态泄漏电流、电流开关比、亚阈值摆幅等性质的影响。结果表明：当Lg≥15 nm时,MOS-CNTFET没有量子尺寸效应;当Lg〈15 nm时,器件出现短沟道效应;Lg〈10 nm时短沟道效应更加明显。

电解液栅型碳纳米管场效应晶体管的实验研究

由于碳纳米管具有独特的结构和性能,因而一直受到人们的关注。对于包括碳纳米管场效应管在内的分子元件的研究方面尤其令人注目。笔者研究了具有电解液栅的碳纳米管场效应晶体管,研究中所用的碳纳米管是用热灯丝化学气相沉积法 (CVD)合成的。衬底材料是平面玻璃,Fe/Ni混合物用作催化剂。对具有Ag电极的多壁碳纳米管晶体管作了优化设计制造,并利用KCl溶液作为栅极。实验结果表明,电解液栅型碳纳米管晶体管(FET)呈现出良好的电流-电压特性曲线。在栅压 2V时,其跨导约为 0. 5mA/V。并对获得的研究结果进行了讨论。

一维硅锗纳米复合材料的制备及在场效应晶体管中的应用

一维硅锗纳米复合材料，主要包括硅锗纳米线异质结与纳米管，具有优异的电学、光学等性能，易与现代以硅为基础的微电子工业相兼容，所以在纳米器件等领域得到了广泛重视。总结了一维硅锗纳米复合材料的研究现状和相关的制备方法，重点评述了在纳米场效应晶体管中的应用，并对其研究前景做了展望。

分子束外延生长InGaAs/GaAs异质结及其在独特场效应晶体管中的应用(英文)

用分子束外延技术生长了 In Ga As/Ga As异质结材料 ,并用 HALL效应法和电化学 C- V分布研究其特性。讨论了 In Ga As/Ga As宜质结杨效应晶体管 ( HFET)的优越性。和 Ga As MESFETS或 HEMT相比 ,由于 HFET没有 Al组份 ,具有低温特性好 ,低噪声和高增益等特点。本文研究了具有 In Ga As/Ga As双沟道和独特掺杂分布的低噪声高增益 HFET。

N极性GaN/AlGaN异质结和场效应晶体管（英文）

由于晶格的反转和随之而来的极化场的反转,N极性面氮化物材料已经成为微波功率器件应用的理想材料之一。在2英寸(1英寸=2.54cm)偏角度4H-SiC衬底上通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)的方法生长了N极性面GaN/AlGaN异质结材料,使用X射线衍射仪(HR-XRD)、原子力显微镜(AFM)、Raman光谱仪和扫描电子显微镜(SEM)等对材料进行了表征。结果表明,N极性面GaN/AlGaN异质结材料的二维电子气面密度和迁移率分别为0.92×1013cm^(-2)和1035cm^2/(V·s)。制备了N极性GaN/AlGaN异质结场效应晶体管(HFET)。测试结果表明,1μm栅长的n极性面GaN/AlGa NHFET器件峰值跨导为88.9mS/mm,峰值电流为128mA/mm。

Ka波段InAlN/GaN/AlGaN双异质结场效应晶体管

InAlN/GaN/AlGaN双异质结材料可以兼顾较高的二维电子气浓度和较好的载流子限域性,适宜制备Ka波段及以上微波功率器件。使用金属有机物气相外延方法,在SiC衬底上生长高性能InAlN/GaN/AlGaN双异质结构材料并制备了栅长为0.2μm的异质结场效应晶体管。测试结果表明,在栅压+2 V时器件的最大电流密度为1.12 A/mm,直流偏置条件VDS为+15 V和VGS为-1.6 V时,最高输出功率密度为2.1 W/mm,29 GHz下实现功率附加效率(ηPAE)为22.3%,截止频率fT达到60 GHz,最高振荡频率fmax为105 GHz。就功率密度和功率附加效率而言,是目前报道的Ka波段InAlN/GaN/AlGaN双异质结场效应晶体管研究的较好结果。

势垒层Al组分呈台阶梯度的AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管

设计并制备了AlGaN势垒层中Al组分呈线性梯度分布和呈台阶梯度分布的AlGaN/GaN结构材料及其异质结构场效应晶体管(HFET),测试了基于两种结构材料的HFET器件性能。分析发现,两种结构HFET的阈值电压分别为-9.5和-3.2 V,在1 V栅偏压下,峰值漏极电流密度分别达到684 mA/mm和600 mA/mm,峰值跨导分别达到102 mS/mm和167 mS/mm。通过分析随机半径上的峰值跨导分布发现,对于势垒层Al组分呈台阶梯度分布的AlGaN/GaN异质结构,由于每个AlGaN台阶层都是独立的,并且在外延过程中可以独立控制生长,其外延材料的方块电阻和HFET峰值跨导的相对标准偏差分别低至0.71%和0.7%,优于势垒层Al组分呈线性梯度分布的AlGaN/GaN结构及其HFET,这对后续规模化应用时的工艺控制和均匀性控制提供了便利。AlGaN/GaN台阶梯度异质结构的分层生长模式更有利于每层的独立优化。这种台阶梯度结构有望促进GaN器件在无线通信领域的规模化应用。

单壁碳纳米管随机网络场效应晶体管

使用超声分散CVD法合成的商用单壁碳纳米管(SWCNT),利用匀胶机把分散获得的、含有SWCNT的悬浮液均匀旋涂于SiO2/Si基上,利用萌罩式电子束蒸发技术在碳纳米管随机网络薄膜表面制备漏源Au电极。该制备技术避免了碳纳米管器件更多的化学接触,有效确保碳纳米管的纯度。该碳纳米管场效应晶体管器件采用重掺杂Si作为背栅、SWCNT随机网络薄膜为导电沟道。在室温环境下利用Keithley-4200对器件性能进行了测试分析,器件开启电流约为1μA,峰值跨导为326nS。该方法制备的SWCNT随机网络场效应晶体管,具有工艺实现简单、器件性能稳定、重复性和一致性好等特点,并可以用于构建CNT逻辑电路。该技术对于研究低成本、大规模基于CNT的集成电路来说,具有较高的借鉴价值。