石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)性能的模擬.pdf

1、鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FeFET)作為最潛力的鐵電存儲(chǔ)器之一，因其具有非破壞性讀取、高集成度、抗輻射等優(yōu)點(diǎn)而受到研究者的廣泛關(guān)注。目前，F(xiàn)eFET基本上都是采用硅溝道。鐵電薄膜與硅界面存在嚴(yán)重的擴(kuò)散等問(wèn)題，使得FeFET的數(shù)據(jù)保持時(shí)間短。石墨烯與鐵電材料接觸良好，不存在擴(kuò)散等問(wèn)題。另外，石墨烯還具有尺寸小、遷移率高等特點(diǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)高速高密度的存儲(chǔ)器十分有利?？梢娫贔eFET中，石墨烯是Si良好的替代者。本論文構(gòu)建了石墨烯溝道鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(

2、MFG-FET)，建立了該晶體管電學(xué)性能模型，并研究了基底材料與鐵電層相關(guān)參數(shù)對(duì)晶體管電學(xué)性能的影響。主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)考慮石墨烯的量子電容效應(yīng)，基于鐵電極化Lue模型和石墨烯量子輸運(yùn)模型，建立了MFG-FET器件電學(xué)性能模型?；谠撃Ｐ?，模擬了應(yīng)用電壓對(duì)MFG-FET器件C-V特性、存儲(chǔ)窗口以及輸出特性的影響。結(jié)果表明：對(duì)比傳統(tǒng)Si溝道MFS-FET器件，MFG-FET具有更低的開態(tài)電流。MFG-FET器件的存儲(chǔ)窗

3、口較大，具有更好的存儲(chǔ)性能。
　　(2)根據(jù)建立的模型，研究了基底材料對(duì)MFG-FET器件電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：隨著基底材料相對(duì)介電常數(shù)的減小，石墨烯溝道層費(fèi)米速度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。隨著石墨烯溝道層費(fèi)米速度的增大，MFG-FET器件的低電容呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)而高電容保持不變，因此能夠使得MFG-EFT高低電容之比增大。同時(shí)MFG-FET器件的開態(tài)電流呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，這有利于降低MFG-FET器件的功耗。
　　(3)根據(jù)

4、建立的模型，研究了鐵電層相關(guān)參數(shù)對(duì)MFG-FET器件電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：隨著鐵電層厚度的增加，MFG-FET器件的總電容呈減小的趨勢(shì)、存儲(chǔ)窗口呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。鐵電層厚度增大能夠減小MFG-FET器件開態(tài)電流，從而降低器件的功耗。隨著鐵電層相對(duì)介電常數(shù)的增大，MFG-FET器件的高低總電容呈增大的趨勢(shì)，存儲(chǔ)窗口呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。相對(duì)介電常數(shù)的減小能夠適當(dāng)降低器件功耗。當(dāng)鐵電層自發(fā)極化的增大，MFG-FET的存儲(chǔ)窗口呈現(xiàn)逐漸