Диффузионно-дрейфовая модель графенового полевого транзистора для использования в системах автоматизированного проектирования

• Автор: Целыковский, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Содержание

СПИСОК ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОСТАТИКА И СТАТИСТИКА НОСИТЕЛЕЙ ДВУХЗАТВОРНОГО ГРАФБНОВОГО ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

1.1 Основные параметры полевого транзистора

1.2 Физические свойства носителей заряда в графеме.

1.1.1 Запрещнная зона.

1.1.2 Подвижность

1.3 Структурные особенности графеновых полевых транзисторов

1.4 Статистика носителей.

1.5 Квантовая мкость

1.6 ПОВЕРХЮСТНМЕ СОСТОЯНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА С ОКИСЛОМ.
1.7 Электростатика графеновых структур с одним затвором
1.8 Характерные масштабы графеновых структур с затвором
1.9 Решение основного уравнения электростатики.
1. мкости затвора и канала
1. Электростатика графепового полевого транзистора с двой ьм затвором.
1. Выводы
РАЗДЕЛ 2. ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТ ИКИ ГРАФЕПОВОГО ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УЧТОМ ДВУХ РЕЖИМОВ НАСЫЩЕНИЯ
2.1 Экспериментальные вольтампер ып характеристики
2.2 Компактные модели
2.3 Соотношение диффузионного и дрейфового токов.
2.4 Уравнение непрерывности
2.5 Распределения химического и электростатического потенциалов.
2.6 Электростатическое запирание.
2.7 Насыщение скорости.
2.8 Линейный режим.
2.9 Модель ВАХ с учтом двух режимов насыщения.
2. Параметры технологии графеновых транзисторов и тип насыщения ТОКА.
2. Выводы
РАЗДЕЛ 3. ЭФФЕКТЫ СИЛЬНЫХ ПОЛЕЙ В КАНАЛЕ ГРАФЕНОВОГО
ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА.
3.1 Экспериментальные ВАХ при сильных полях в канале.
3.2 Модель инжекцнм носителей из стока в капал.
3.3 Туннельная генерация.
3.4 Ударная ионизация и генерация по механизму Оже.
3.5 Учт сопротивления контактов.
3.6 Выводы.
РАЗДЕЛ 4. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГРАФЕНОВЫХ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
4.1 Высокочастотные графеновые транзисторы для аналоговой электроники
4.2 Экспериментальные образцы устройств на основе графеновых транзисторов.
4.3 Реализация компактной модели графенового полевого транзистора на языке Vi
4.4 ДВУХПОЛУПЕРИОДИЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ и умножитель частоты
4.5 Схема двухпозиционной фазовой манипуляции.
4.6 Смеситель.
4.7 Инвертор
4.8 Рекомендации по выпору оптимальных параметров и режима работы транзистора для аналоговых применений.
4.9 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Модели должны учитывать влияние поверхностных состояний, присутствие которых характерно для нолевых структур, а также отражать типичную структурную особенность графеновых транзисторов - наличие двойного затвора. Математические модели графеновых полевых транзисторов в своих работах развивают V. Ryzhii, М. Ryzhii (Япония), М. S. Shur (США), В. В. Вьюрков (гидродинамическая модель, ФТИАН), Г. И. Зебрев (диффузионно-дрейфовая модель, НИЯУ МИФИ), F. Schwierz, S. A. Thiele (Германия), О. Moldovan, D. Jimenez (Испания), J. Stake (Швеция). При этом недостаточно внимания уделяется вопросу адаптации таких моделей для целей схемотехнического моделирования. Таким образом, значимой и актуальной является задача развития компактных моделей графеновых полевых транзисторов с двойным затвором, учитывающих специфические физические особенности графена и пригодных для использования при схемотехническом моделировании в современных САПР. Цель диссертации заключается в создании диффузионно-дрейфовой компактной модели графенового нолевого транзистора с двойным затвором, основанной на аналитическом решении уравнения непрерывности тока в канале и пригодной для использования в системах автоматизированного проектирования. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи. Обобщение математической модели электростатики графенового полевого транзистора на случай конфигурации с двойным затвором. Разработка диффузионно-дрейфовой модели вольт-амперных характеристик графенового полевого транзистора, основанной на аналитическом решении уравнения непрерывности тока в канале, с учётом режимов насыщения скорости и электростатического запирания канала. Создание математической модели несобственной проводимости в рамках модели вольт-амперных характеристик графенового полевого транзистора. Разработка совместимого с современными БРЮЕ-подобимми САПР программного средства для схемотехнического моделирования графеновых полевых транзисторов. Математическая модель электростатики графенового нолевого транзистора с двойным затвором, учитывающая влияние поверхностных состояний. Диффузионно-дрейфовая модель вольг-ампериых характеристик графенового полевого транзистора с учетом режимов насыщения скорости и электростатического запирания канала. Механизм экспериментально наблюдаемой супсрлинсйной проводимости в канале графенового транзистора, заключающийся в генерации носителей заряда в сильных электрических полях. Получены аналитические зависимости концентрации носителей и уровня Ферми в графене от напряжений на затворах. Разработана диффузионно-дрейфовая модель вольт-ампері і ых характеристик графенового транзистора, позволяющая в единой форме описывать два режима насыщения: электростатическое запирание канала и насыщение скорости. Предложена модель генерации носителей заряда в канале графенового транзистора, описывающая наблюдаемые эффекты несобственной проводимости. Разработанные модели адаптированы для использования в системах автоматизированного проектирования в качестве компактной модели графенового полевого транзистора с двойным затвором. Компактная модель реализована на языке Vcrilog-A, что делает возможной сё интеграцию в современные SPICE-иодобиыс САПР, предназначенные для схемотехнического проектирования. Разработанная компактная модель позволяет проводить оптимизацию параметров и режима работы графеиового транзистора с целыо максимизации быстродействия и минимизации искажений сигнала. Разработанная модель позволяет прогнозировать влияние геометрических и электрофизических параметров графеиового транзистора на его вольт-ампериыс характеристики и частоту отсечки. Компактная модель графеиового полевого транзистора с двойным затвором зарегистрирована в Федеральном институте промышленной собственности (свидетельство №> от ). Результаты работы использованы при выполнении НИР «Моделирование и разработка методов характеризации параметров высокочастотных полевых транзисторов на основе графена для использования их в высокопроизводительных телекоммуникационных системах» по ГК № .