Avec le développement de la technologie de circuit intégré (IC), la mise à l'échelle des transistors à effet de champ (FET) à base d'oxyde métallique à base de silicium (MOS) approche de leurs limites physiques fondamentales.Nanotubes de carbone (CNT)sont considérés comme des matériaux prometteurs dans l'ère post-silicium en raison de leur épaisseur atomique et de leurs propriétés électriques uniques, avec le potentiel d'améliorer les performances du transistor tout en réduisant la consommation d'énergie. Les nanotubes de carbone alignés à haute pureté (A-CNT) sont un choix idéal pour conduire des CI avancés en raison de leur densité de courant élevée. Cependant, lorsque la longueur du canal (LCH) diminue en dessous de 30 nm, les performances du FET de porte unique (SG) A-CNT diminue significativement, se manifestant principalement de détériorer les caractéristiques de commutation et une augmentation du courant de fuite. Cet article vise à révéler le mécanisme de dégradation des performances dans le FET A-CNT par la recherche théorique et expérimentale et à proposer des solutions.
Des recherches révolutionnaires récentes menées par des experts universitaires tels que les académiciens Peng Lianmao, le chercheur Qiu Chenguang et le chercheur Liu Fei de l'Université de Pékin ont dévoilé une progression technologique importante dans le domaine de la poudre de nanotube de carbone. Grâce à des structures innovantes à double gate, ils ont réussi à surmonter le couplage électrostatique entre les nanotubes de carbone (CNT) pour atteindre la limite de commutation BOHR pour les transistors à effet de champ de nanotube de carbone (CNT-FET).
Les nanotubes de carbone alignés à haute densité (A-CNT) dans les configurations conventionnelles à une seule gate sont souvent confrontées à des défis tels que le rétrécissement de la bande interdite (BGN) en raison de l'empilement, ce qui entrave leurs avantages électrostatiques quasi-dimensionnels inhérents. Cette limitation a un impact sur les performances et l'efficacité de l'électronique à base de CNT.
Grâce à une combinaison de simulations théoriques et de validations expérimentales, les chercheurs ont introduit une structure efficace à double gate qui réduit considérablement l'effet BGN. Cette innovation a permis aux FET A-CNT d'atteindre le swing sous-seuil (SS) approchant de la limite d'émission thermique de Boltzmann de 60 mV / décennie et d'atteindre un rapport de courant de commutateur dépassant 10 ^ 6. De plus, les FET à double gate de porte Ultra-Short 10 nm fabriqués ont des métriques de performance exceptionnelles, y compris un courant de saturation élevé (dépassant 1,8 mA / μm), une transconductance maximale (2,1 ms / μm) et une faible consommation d'énergie statique (10NW / μM), répondant aux exigences des circuits intégrés avancés.
La mise en œuvre réussie de la structure à double gate dans les FET A-CNT présente non seulement une percée majeure dans l'électronique à base de CNT, mais ouvre également la voie au développement de dispositifs électroniques haute performance et économes en énergie. Cette progression technologique tient une immense promesse de révolutionner le domaine de la nanoélectronique et d'ouvrir de nouvelles possibilités pour la conception et la fabrication de composants électroniques de nouvelle génération.
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