_ Operațiune selectivă de îmbunătățire și epuizare moduri ale tranzistorilor cu efect de câmp la scară nanometrică

Tranzistoarele la scară nanometrică sunt solicitate pentru circuite digitale eficiente, iar polarizarea fiecărui dispozitiv este critică. Aceste condiții stricte de polarizare pot fi relaxate prin obținerea unor valori precise ale tensiunilor de prag ale tranzistorului. Acest lucru duce la stări logice mai tolerante la zgomotul electric.

Pentru a îndeplini cerințele de consum redus de energie, tranzistoarele cu efect de câmp (FET) CMOS sunt fabricate astfel încât să funcționeze în modul de îmbunătățire (E), adică , nu există purtători de încărcare liberi în canal la tensiune de poartă zero. Pe de altă parte, tranzistoarele în modul de epuizare (D) au curenți mai mari decât modul de îmbunătățire datorită densității ample a purtătorului de sarcină.

Spre deosebire de aplicațiile de comutare ale FET, pentru aplicațiile de înaltă frecvență, starea oprită a FET nu este o cerință obligatorie. De fapt, prezența unui canal la polarizarea porții zero este avantajoasă pentru a obține o transconductanță ridicată la tensiuni mai mici. Pentru Si FET, modurile de îmbunătățire sau epuizare au fost determinate la etapa de fabricare a dopajului de implantare ionică. Cu toate acestea, este o provocare să implementăm această soluție pentru noua generație de materiale subțiri precum semiconductori organici și materiale 2D.

Conform noilor cercetări publicate în ACS Applied Electronic Materials, prin alegerea unei anumite funcții de lucru pentru o poartă metal, tensiunile de prag ale FET-urilor de tip p pot fi schimbate de la valori negative la valori pozitive, ceea ce este comutarea selectivă între modul de îmbunătățire și modul de epuizare.

Cercetătorii au fabricat experimental FET-urile cu diferite metale de poartă. electrozi având diferite funcţii de lucru. Grosimea aluminei dielectrice a fost de doar 5 nm. Datorită acestei scurte separări între metalul porții și canalul semiconductor organic de tip p, a existat interacțiune electrostatică între ele chiar și fără aplicarea tensiunii externe. Când se folosește metal cu funcție de lucru redusă, cum ar fi aluminiul (4,4 eV), FET-ul funcționează în modul de îmbunătățire.

Pentru metalele de poartă cu funcție de lucru ridicată, cum ar fi aurul (5,0 eV), este indus un anumit număr de găuri în canal la tensiune de poartă zero. Acest lucru duce la o cantitate bună de curent, care este cunoscută sub numele de funcționare în modul de epuizare.

Pentru a confirma această observație experimentală, cercetătorii au efectuat simulări ale dispozitivelor TCAD. Simulările au produs diagrame de contur de culoare ale densității găurilor induse. Aceste tipuri de potrivire a rezultatelor experimentale și de simulare sunt foarte importante din punct de vedere tehnologic și producția la scară largă.

Autorul principal, dr. Abhay Sagade de la SRMIST, India, a dezvăluit că efectele observate sunt profunde pentru grosimi dielectrice subțiri, cum ar fi cele mai mici de 10 nm. Pentru grosimi mai mari, FET-urile rămân în modul de îmbunătățire chiar și pentru metalele de poartă cu funcțiune ridicată.

Acest concept poate fi ușor extins la orice materiale subțiri organice, anorganice și 2D de nouă generație. Folosind această metodă, ar trebui să fie posibilă fabricarea de dispozitive și circuite logice digitale și oscilatoare de dimensiuni mai compacte, precise și reconfigurabile. În plus, OFET-urile în modul D cu curenți îmbunătățiți pot fi utilizate eficient pentru aplicații de înaltă frecvență.

Acest lucru are, de asemenea, implicații imense pentru viitoarele dispozitive cuantice și aplicații tehnologice care utilizează dispozitive sensibile la dimensiuni mici.

(Fluierul)