دانلود رایگان ترجمه مقاله مطالعه شبیه سازی در مورد ترانزیستورهای اثر میدانی (IOP سال 2013) پیشنویس کلی رایگان ها

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1863

تاثیر غلظت دوپینگ
ما مورد DG JL FET با L = 30 نانومتر، W = 10 نانومتر، tb = 10 نانومتر را در نظر می گیریم. با غلظت های دوپینگ مختلف نانوسیم، , , مشخصات حالت-روشن آنها را مقایسه می کنیم، همانطور که در شکل 4(a) نشان داده شده است. می توانیم مشاهده کنیم که VT با اضافه نمودن غلظت دوپینگ کانال کاهش می یابد. غلظت دوپینگ بالاتر باعث غلظت الکترون عالی در منطقه بدنه برای همان VGS می شود. به عبارت دیگر، برای مورد دوپینگ بالاتر، حامل های اصلی در کانال حاضر خواهند بود و تهی ساختن کامل منطقه بدنه سخت تر را مشکل تر می سازد. هنگامی که غلظت دوپینگ برای تخلیه کامل, بیش از حد بالا است، در جهت تحقق عدم حرکت الکترون ها در کانال, نیاز به یک ولتاژ منفی داریم. VT دستگاه در این زمان منفی است. ما تفاوت های بین VT ولتاژ آستانه را به ترتیب با غلظت های مختلف دوپینگ بدنه ماسفت های DG JL محاسبه می نماییم و منحنی نشان داده شده در شکل 4 (b) را ترسیم می کنیم. به وضوح می توانیم تغییر در ولتاژ آستانه را با غلظت کانال دوپینگ مشاهده نماییم. از آنجا که FETهای JL از حامل های اکثریت برای روشن شدن استفاده می کنند، هرقدر غلظت دوپینگ دستگاه بیشتر باشد، حامل های اکثریت که کانال خواهد داشت, بیشتر خواهد بود و VGS که ما برای رسانایی دستگاه نیاز داریم, پایین تر خواهد بود. بنابراین، VT از FETهای JL با افزایش غلظت دوپینگ کاهش می یابد. در حالی که ماسفت های معمولی به جای آن از حامل های اقلیت استفاده می کند. غلظت بیشتر کانال دوپینگ باعث سخت تر شدن تشکیل لایه وارونگی می شود؛ VGS بالاتر برای روشن شدن دستگاه مورد نیاز است. بنابراین، ولتاژهای آستانه ماسفت های معمولی با افزایش غلظت کانال دوپینگ افزایش می یابد. شکل 4 (c) یک مقایسه بین FETهای JL و MOSFET معمولی با غلظت های دوپینگ متفاوت را نشان داده است. دو نوع ادوات دارای پارامترهای یکسان هستند که L = 50 نانومتر، W = 10 نانومتر، tb = 10 نانومتر ، و در نتیجه غلظت دوپینگ متفاوت به و برای انواع مختلف دوپینگ تنظیم می شود. شرایط مختلف تغییر ولتاژ آستانه با غلظت دوپینگ FET های JL و MOSFET های معمولی را می توان دید.

شکل. 4. (a) اثر غلظت دوپینگ در FET های DG JL. پارامترهای DG JL FET, L = 30 نانومتر، W = 10 نانومتر، tb = 10 نانومتر هستند. تغییر غلظت دوپینگ نانوسیم به ترتیب و , سپس مشخصات حالت-روشن برای VDS = 0.05 ولت را مقایسه کنید. VT با اضافه نمودن غلظت دوپینگ کانال کاهش می یابد. هنگامی که غلظت دوپینگ بیش از یک مقدار مشخص می شود، VT دستگاه, منفی است. تغییر VT در غلظت دوپینگ کمتر آشکار نیست. (b) منحنی. طول کانال- DG JL FET. محاسبه اختلاف بین ولتاژ آستانه با ND D 1 1017 cm?3 و ولتاژ آستانه با ND D 1 1017 برای ماسفت های DG JL. (c) تغییرات VT با غلظت دوپینگ FET های DG JL و MOSFET سنتی DG. پارامترهای هر دو ادوات L = 30 نانومتر، W = 10 نانومتر، tb = 10 نانومتر هستند. ND و NA را به و تغییر دهید. JL FET VT با افزایش غلظت دوپینگ نانوسیم JL FET کاهش می یابد, در حالیکه VT ماسفت سنتی افزایش می یابد.

2.4. تاثیر ضخامت بدنه
پارامترهای JL FET DG را به صورت L = 20 نانومتر، W = 10 نانومتر، و تغییرات ضخامت بدنه از 5 تا 20 نانومتر تنظیم نمایید. شکل 5 (a), مقایسه نتایج شبیه سازی را ترسیم می نماید. با توجه به هر یک از دستگاه های دارای طول و عرض کانال یکسان، منطقه کنترل گیت, تغییر نمی کند. هنگامی که ضخامت بدنه متفاوت است، مقدار حامل های اکثریت کنترل شده توسط گیت نیز متفاوت است. تحت همان بایاس گیت پایین در منطقه زیرآستانه، هرقدر حامل های اکثریت ادوات بیشتر باشد، تشکیل منطقه بدنه تخلیه شده سخت تر است. از این رو ولتاژ آستانه با افزایش ضخامت بدنه کاهش می یابد. SSهای چهار دستگاه بالا, به ترتیب 63، 72، 94، و 128 میلی ولت / dec، می باشند. SS به تدریج با افزایش ضخامت بدنه افزایش می یابد. به عبارت دیگر، با کاهش ضخامت بدنه، سرعت سوئیچینگ حالت خاموش به حالت باز مورد بدون پیوند به تدریج افزایش می یابد و توانایی کنترل بایاس گیت نیز افزایش می یابد.
برای DG JL FET که پارامترهای آن, L = 20 نانومتر، W = 10 نانومتر، tb = 20 نانومتر و هستند، نسبت ضخامت بدنه آن به طول کانال برابر با 1 است. شکل 5 (b), مقایسه سه FET DG JL با را نشان می دهد اما L= 10 نانومتر، 15 نانومتر و 20 نانومتر متفاوت. سه منحنی خیلی مشابه هستند.

شکل. 5. (a) اثر ضخامت بدنه برای FET های DG JL. ضخامت بدنه DG JL FET را که پارامترهای آن L = 30 نانومتر، W = 10 نانومتر، به 5، 10، 15 و 20 نانومتر است تنظیم نمایید. VT با با اضافه نمودن tb کاهش می یابد. SSهای چهار دستگاه بالا, به ترتیب 63، 72، 94، و 128 میلی ولت / dec، می باشند. SS به تدریج با افزایش ضخامت بدنه افزایش می یابد. (b) مقایسه مشخصات حالت-روشن FETهای JL با طول کانال های مختلف تحت شرایط مشابه از نسبت ضخامت بدنه به طول کانال. برای دو FET های DG JL با L = 10 نانومتر، L = 15 نانومتر و L = 20 نانومتر، هنگامی که است, ولتاژ آستانه آنها خیلی مشابه است.

2.5. توزیعات غلظت الکترون و پتانسیل الکترواستاتیک در جهت کانال با tb های مختلف
پارامترهای DG JL FET ها را به صورت L= 20 نانومتر، W= 10 نانومتر ، و tb مختلف به ترتیب به صورت 10 نانومتر، 20 نانومتر و 40 نانومتر تنظیم نمایید. VGS و VDS از سه دستگاه را به صورت -0.2V و 0.5V تنظیم نمایید. توزیع غلظت الکترون و پتانسیل الکترواستاتیک با tb متفاوت در جهت کانال در نقطه 1 نانومتر دورتر از سطح بدنه سیلیکون در شکل 6 نشان داده شده است. اشکال 6 (a) و 6 (b), غلظت الکترون و پتانسیل الکترواستاتیک را گزارش می دهند. دیده می شود زمانی که ادوات بدون پیوند دارای طول کانال یکسان اما tbs مختلف هستند، در منطقه زیرآستانه، تحت همان بایاس ها، برای مثال و مورد tb ضخیم تر می تواند شامل حامل های اکثریت بیشتر در منطقه بدنه کانال باشد که تهی کردن منطقه کانال را برای بایاس گیت سخت تر می سازد. همانطور که در شکل (6) نشان داده شده است، غلظت الکترون سطح برای مورد tb بزرگتر نیز بالاتر است. به عبارت دیگر، پتانسیل سطح برای یک tb بزرگتر نیز باید بالاتر باشد که می توان آن را در شکل 6 (b) دید. بنابراین، برای ادوات تحت بایاس های یکسان، و با طول کانال مشابه, اما با tb متفاوت، می توان پیش بینی کرد که جریان زیرآستانه بیشتر برای مورد tb بزرگتر القا خواهد شد. این پیش بینی سازگار با نتایج شبیه سازی نشان داده شده در شکل 5 (a) است.

شکل. 6. توزیع غلظت الکترون و پتانسیل الکترواستاتیک در جهت کانال با tb متفاوت. پارامترهای FET JL را به صورت L= 20 نانومتر، W= 10 نانومتر، و tb متفاوت به صورت 10 نانومتر، 20 نانومتر و 40 نانومتر، تنظیم نمایید. (a) توزیع غلظت الکترون با tb متفاوت در جهت کانال در نقطه ای از 1 نانومتر به دور از سطح بدنه سیلیکون است. (b) توزیع پتانسیل الکترواستاتیک. غلظت الکترون و پتانسیل با افزایش tb افزایش می یابد.

2.6. توزیع غلظت الکترون میدان الکتریکی و پتانسیل الکتریکی در جهت عمود بر کانال
نگاهی به DG JL FET با همان پارامترها به صورت L = 20 نانومتر، W = 10 نانومتر، tb = 10 نانومتر و بیاندازید. VDS را برابر با 0.5 V تنظیم نمایید و ولتاژ گیت (-0.8, 0.4,0,0.4,0.8 ولت) تغییر دهید. شکل 7 (a)، 7 (b) و 7 (c) ، به ترتیب، مقایسه توزیع غلظت الکترون پتانسیل الکترواستاتیک و میدان الکتریکی در جهت عمود بر کانال در موقعیت های مختلف را گزارش می دهد. شکل 7 (d) بزرگنمایی جزئی میدان الکتریکی را نشان می دهد.

شکل. 7. توزیع غلظت الکترون, میدان الکتریکی و پتانسیل الکتریکی در جهت عمود بر کانال. VDS را برابر با 0.5 V تنظیم نمایید و ولتاژ گیت (-0.8, 0.4,0,0.4,0.8 ولت) تغییر دهید. (a) مقایسه توزیع غلظت الکترون در جهت عمود بر کانال در موقعیت های مختلف. (b) توزیع پتانسیل الکترواستاتیک. (c) توزیع میدان الکتریکی. (d) بزرگنمایی جزئی میدان الکتریکی.

هنگامی که ولتاژ گیت اعمال شده کمتر از یک مقدار مشخص باشد، نیروی الکتریکی قوی, تقریباً تمام لوله های الکترون ها را خارج از منطقه بدنه قرار می دهد؛ غلظت های الکترون در هر دو سطح بدنه و منطقه مرکزی بدنه بسیار کم و بسیار پایین تر از غلظت دوپینگ نانوسیم سیلیکونی است. این بدان معنی است که این منطقه کل بدنه را می توان تقریباً به طور کامل تهی شده در نظر گرفت. غلظت الکترون منطقه در سطح, پایین تر از منطقه مرکزی است چرا که توانایی کنترل VGS, در سطح منطقه بدنه با افزایش VGS بالاترین است؛ تهی سازی به تدریج حذف می شود, پس از اینکه VGS به مقدار باند مسطح می رسد. هنگامی که ولتاژ اعمال شده گیت به ولتاژ آستانه دستگاه می رسد، یک مقدار مشخصی از الکترون ها در منطقه کانال برای اتصال سورس و درین انباشته می شوند. این تغییرات همچنین باعث انحنای منحنی پتانسیل برای کاهش تدریجی به صفر می شوند, در حالی که هر دو منطقه سطح و مرکز به منطقه خنثی بازیابی می شوند. و زمانی که ولتاژ گیت بیشتر بالا می رود، پتانسیل کانال به طور مداوم افزایش می یابد و الکترونها در سطح منطقه بدنه تجمع می یابند. علاوه بر این، غلظت الکترونهای نزدیک منطقه سطح, بالاتر از غلظت الکترون ها در منطقه مرکزی است.

2.7. تاثیر ولتاژ درین
پارامترهای JL FET DG را به صورت L = 10 نانومتر، W = 10 نانومتر، tb = 10 نانومتر، . اشکال 8 (a) و 8 (b), نمودار مشخصات حالت-روشن در مقیاس های لگاریتم خطی از DG JL FET برای VDS متفاوت (0.2، 0.4، 0.6، 0.8، 1.0، 1.2 V) بود. دیده می شود که ولتاژ آستانه با افزایش VDS کاهش می یابد. شکل 8 (c) توزیع پتانسیل الکترواستاتیک در جهت کانال DG JL FET برای VDS اعم از 0.2 تا 1.2 V در پله های 0.2 V و VDS = 1.5 V در نقطه tb/2 را نشان می دهد. شکل 8 (d) توزیع پتانسیل الکترواستاتیک در جهت عمود بر کانال در نقطه L / 2 نشان می دهد. پتانسیل الکترواستاتیک با افزایش VDS در دو نمودار افزایش می یابد.
شبیه سازی SSهای DG JL FET بالا و DG IM FET با همان پارامترها برای شش مقدار VDS. شکل 8 (E) منحنی SS-VDS از دو دستگاه نشان می دهد. SSS از هر دو نوع از ادوات با افزایش VDS افزایش می دهد. با این حال، تاثیر SS از VDS از DG JL FET کوچکتر از DG IM FET است، به این معنی که FETهای JL در این جنبه با ثبات تر است.