基于石墨烯納米結構開關特性與太赫茲特性的研究.pdf

1、石墨烯作為由單層碳原子構成的新型材料，擁有眾多的獨一無二的化學特性、物理特性、以及電學特性，例如低阻抗、高強度以及較高的熱穩(wěn)定性等，使得它非常適合應用于納米微電子器件中。本論文基于量子力學非平衡格林函數自洽求解泊松方程的模型，研究了石墨烯納米條帶場效應晶體管（GNRFETs）的量子輸運特性，并分析影響其性能的主要參數，在此基礎上提出了改善器件性能的有效方案。
　　本文主要的理論研究內容如下：
　　(1)分析了石墨烯納米條帶（

2、GNR）寬度方向上的碳原子個數對于 GN RFETs有效電子堆積、開關特性和高頻特性的影響，結果表明，N=3p（p是整數）型 GNRFETs具有較高的開態(tài)電流和截止頻率。而N=3p+1型GNRFETs具有較高的開關電流比。
　　(2)研究了三材料柵結構與峰值摻雜結構對于傳統(tǒng)的GNRFETs載流子輸運特性的影響，并提出了三材料柵-峰值摻雜結構（TMG-HALO）。通過與三材料柵結構、峰值摻雜結構和傳統(tǒng)結構GNRFETs的比較，發(fā)現T

3、MG-HALO結構能夠有效的抑制GNRFETs泄漏電流與DIBL效應，提升溝道載流子遷移率與開關電流比（可達到106數量級），并且其亞閾值擺幅低于60mV/dec。
　　(3)分析了不同介電常數柵氧化物和線性摻雜結構對于隧穿型 GNRFETs溝道電流，開關電流比，截止頻率以及短溝道效應的影響，提出了一種新型的隧穿型 GN RFETs-非對稱線性摻雜異質柵氧化層隧穿型GNRFETs(SL-HTFETs)。相比于傳統(tǒng)結構的隧穿型 GN

4、RFETs， SL-HTF ETs結構能夠有效的抑制泄漏電流和熱電子效應，提升開關電流比，以及擁有良好的尺寸縮小特性，另外我們還對器件的高頻特性做了優(yōu)化，并提出了SL-HTF ETs結構的高頻優(yōu)化結構。
　　(4)根據流體動力學模型分析了高電子遷移率（HEMT）場效應晶體管的探測與輻射理論。根據模型對器件進行數值計算，結果表明，短溝道的HEMT對于頻率等于其內部二維電子等離子體的諧振頻率的電磁波具有共振響應，因此它可以作為探測器，

5、混頻器使用。而長溝的HEMT對于電磁輻射具有非共振響應，可用于高達幾十太赫茲的寬頻檢測器。
　　主要結論：
　　（1）N=3p（p是整數）型 GNR適合應用到高頻電路中，N=3p+1（p是整數）型 GNR適合應用到開關電路中。
　　（2）TMG-HALO結構能夠有效的改善GNRFETs的亞閾特性。
　?。?）SL-HTFETs結構能夠有效的改善隧穿型GNRFETs的亞閾特性，且擁有良好的尺寸縮小特性。