دانلود رایگان ترجمه مقاله نقش دوپینگ در ترانزیستورهای نانولوله کربنی – IEEE 2007

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده
1. مقدمه
2. مدل
3. نتایج و بحث های عددی
4. نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1. مقدمه
درک علم الکترواستاتیک [1] – [4]، مکانیسم های انتقال [5] – [8]، رفتار مقیاس بندی [9] – [14]، و عملکرد [15] – [22] برای ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله کربن (CNTFETs) سریع بوده است. پیشرفت های قابل توجه، کشف اتصالات مانع-شاتکی-صفر [23] – [28]، مجتمع سازی گیت های منطقی، یک RAM استاتیک، یک اسیلاتور حلقوی [29]، [30]، و مجتمع سازی نانو لوله های کربنی (CNTs) در مقیاس بزرگ با Si [31] هستند.
بهبود عملکرد به خصوص در حالت CNTFETs توسط دوپینگ شیمیایی نانولوله به نوع n از نظر تجربی نشان داده شده است [32]، [33]. دوپینگ نانولوله های تک دیواره و چنددیواره توسط هر اهدا کننده الکترون یا پذیرنده الکترون بازبینی شده است [34]. ادوات نانولوله نوع p رشدیافته توسط دوپینگ کنترل شده [35]، [36] به ادوات نوع n تبدیل می شوند. کاربرد نانولوله دوپ شده به صورت ترانزیستورهای تک الکترونی مورد بحث قرار گرفته است [37]. مطالعات نظری در مورد CNTFETs با اتصالات نانولوله دوپ شده (C-CNTFETs) با استفاده از محاسبات تک باند [38] و باند کامل [39] انجام شده است، [40]. اخیراً مسائل مختلف در مورد مدل سازی C-CNTFETs مورد بحث قرار گرفته اند [41].
با انگیزه اصلی مونتاژ زیستی CNTFETs، ما CNTFETs را با گیت های فلزی فوق العاده کوتاه و شکاف های سورس / درین به منظور درک ویژگی های فیزیکی انتقال و عملکرد مورد مطالعه قرار دادیم [5]، [6]، [42]. اثرات ثابت دی الکتریک و ضخامت و هندسه مورد بررسی قرار گرفت [14]، [22]. به زودی آشکار شد که این طرح ها، معیارهای عملکرد عالی هستند و کاربرد آنها فراتر از نگرانی های مونتاژ زیستی است. به عنوان یک قاعده کلی ما دریافتیم که این دستگاه با حداقل ظرفیت خازنی از نظر عملکرد سرعت عالیست [14]، [22]. همانند هر قاعده کلی، استثنائاتی مانند دستگاه نامتقارن با اشکال شایستگی نشان داده شده خود در جدول 3 [6] وجود دارد، اما به طور کلی این قاعده به یک شایستگی در مسیر میدان اشاره می کند. برای مورد CNTFETs، دریافتیم که خازن باید توسط میدان های حاشیه ای به طور مستقیم از گیت فلزی به سورس / درین فلزی ، معادل خازن همپوشانی در FET های Si سنتی تحت سلطه قرار گیرد. شکاف ها، این خازن را کاهش می دهند. شکاف ها موجب کاهش میدان الکتریکی در درین و در نتیجه کاهش تونل زنی بین باندی در درین می شوند که علت جریان نشتی غیردوقطبی و نسبت جریان کاهش یافته روشن / خاموش است. شکاف ها خازن گیت به درین و در نتیجه اثر بالقوه درین در پتانسیل زیر گیت را کاهش می دهد. بنابراین، شکاف ها هر دوی عملکرد دستگاه در DC و AC را بهبود می بخشد. اولین بار نیست که ما مزایای استفاده از شکاف ها را کشف می نماییم. هندسه های دستگاه مشابه با شکاف های دوپ نشده و سورس / درین دوپ شده قبلاً برای FinFETs سیلیکونی [43]، [44] در نظر گرفته است. مقدار شکاف > 10 نانومتر به منظور کاهش اثرات کانال کوتاه و برای به دست آوردن عملکرد مطلوب [45]، [46] گزارش شده است. به تازگی گروه Stanford و IBM، CNTFETs را با هندسه شکاف سورس/درین برای به حداقل رساندن خازن های انگلی مطالعه کرده اند [25]، [47].
در مطالعات قبلی خود، نانو لوله های کربنی (CNTs)، دوپ نشده بودند. در این کار، ما اثرات دوپینگ را در همان هندسه دستگاه مدل بررسی می نماییم. ترانزیستور های نانولوله کربنی دوپ شده نوع n، بصورت تجربی توسط Javey و همکاران .. [33] و Radosavljevic و همکاران [32] برای CNT ها با قطر 1.4 تا 1.6 نانومتر که ما در اینجا مطالعه نموده ایم مطالعه شده اند.. هر دو گروه جریان روشن بالا و مقادیر ترانسکاندکتانس بالاتر را با نانولوله های کربنی دوپ شده گزارش نمودند. Javey و همکاران. سطح دوپینگ بهینه را از نظر نسبت جریان روشن / خاموش مشاهده نمودند. جریان خاموش به طور قابل توجهی در سطوح دوپینگ بالاتر از مقدار بهینه افزایش می یابد و نسبت جریان روشن / خاموش تنزل می یابد.
برای درک فیزیک اثرات دوپینگ بر عملکرد CNTFETs، به خصوص در حالت خاموش، و برای طراحی یک دستگاه بهینه از نظر نسبت جریان روشن / خاموش بالا، دو نوع اتصال را در این مطالعه ملاحظه می نماییم. (الف) اتصالات مانع- شاتکی صفر با شکاف های سورس/درین دوپ شده سبک که ما به عنوان SB-CNTFETs تعیین نمودیم و (b) اتصالات CNT به شدت دوپ شده که پیرو Knoch و همکاران، آن را به عنوان C-CNTFETs تعیین نمودیم. [38]. با CNT 50 نانومتر و گیت 5 نانومتر، SB-CNTFETs دارای نسبت جریان بهینه روشن / خاموش برای سطح دوپینگ برای دوپ کننده ها در هر اتم است. برای به دست آوردن اتصالات MOSFET- مانند در یک CNT 50 نانومتری، ما به یک مقدار غلظت دوپینگ از 5*10-3 یا بالاتر در هر اتم برای دوپ کننده ها نیاز داریم. در این غلظت های دوپینگ، تونل زنی سورس به درین مستقیم بر جریان نشتی غالب است. این کار، نسبت جریان روشن / خاموش در C-CNTFETs را در مرتبه های دامنه کاهش می دهد. ما SB-CNTFET 100 نانومتر با طول گیت 10 نانومتر و سطح دوپینگ بهینه 10-3 در هر اتم را برای دوپ کننده ها به عنوان دستگاه بهینه پیشنهاد می کنیم. این دستگاه دارای یک نسبت جریان روشن / خاموش 6*105، شیب زیرآستانه معکوس 62 ولت / dec، زمان تاخیر سوئیچینگ 32 فمتوثانیه، و دارای ویژگی های تقریبا تک قطبی در تمام طیف وسیعی از بایاس گیت استفاده شده در این مطالعه است.

بخشی از مقاله انگلیسی:

I. INTRODUCTION

UNDERSTANDING of electrostatics [1]–[4], transport mechanisms [5]–[8], scaling behavior [9]–[14], and performance [15]–[22] of carbon nanotube field-effect transistors (CNTFETs) has been rapid. Notable breakthroughs are the discovery of zero-Schottky-barrier contacts [23]–[28], integration of logic gates, a static RAM, a ring oscillator [29], [30], and the large scale integration of CNTs with Si [31]. Performance improvement especially in the on state of CNTFETs by chemically doping the nanotube to n-type has been demonstrated experimentally [32], [33]. Doping of both single-wall and multiwall nanotubes by either electron donors or electron acceptors has been reviewed [34]. As-grown p-type nanotube devices have been converted to n-type devices by controlled doping [35], [36]. The application of doped nanotubes as single-electron transistors has been discussed [37]. Theoretical studies on CNTFETs with doped nanotube contacts (C-CNTFETs) have been performed using single band [38] and full band calculations [39], [40]. Recently different issues in modeling C-CNTFETs have been discussed [41]. Originally motivated by bioassembly of CNTFETs, we studied CNTFETs with ultrashort metal gates and source/drain underlaps to understand the transport physics and performance [5], [6], [42]. The effects of dielectric constant and thickness and geometry were investigated [14], [22]. It soon became apparent that these designs had excellent performance metrics and that their applicability went beyond the concerns of bioassembly. We have found, as a rule of thumb, that the device with the least capacitance ‘wins’ in terms of speed performance [14], [22]. As with any rule of thumb, there are exceptions such as the asymmetric device with its figures of merit shown in Table III of [6], but the rule generally points one in the right direction. For the case of CNTFETs, we have found the capacitance to be dominated by the fringing fields directly from metal gate to metal source/drain, the equivalent of the overlap capacitance in traditional Si FETs. The underlaps reduce this capacitance. The underlaps reduce the electric field in the drain and thus reduce the interband tunneling in the drain which is the cause of the ambipolar leakage current and reduced on/off current ratios. The underlaps reduce the gate to drain capacitance and thus the effect of the drain potential on the potential under the gate. Therefore, the underlaps improve both dc and ac device performance. We are not the first to discover the advantages of underlaps. Similar device geometries with doped source/drain and undoped underlaps have been previously considered for silicon FinFETs [43], [44]. An underlap value of 10 nm has been reported to reduce short-channel effects and to obtain optimal performance [45], [46]. Recently Stanford and IBM groups have studied CNTFETs with source/drain underlap geometry to minimize parasitic capacitance [25], [47]. In our previous studies, the CNTs were undoped. In this work, we investigate the effects of doping on the same model device geometry. The n-type doped carbon nanotube transistors have been studied experimentally by Javey et al.. [33] and Radosavljevic et al. [32] for CNTs with diameters 1.4 to 1.6 nm that we study here. Both the groups reported high on current and larger transconductance values with doped carbon nanotubes. Javey et al. observe an optimal doping level in terms of on/off current ratio. The off current increases significantly at doping levels higher than the optimal value and the on/off current ratio degrades. To understand the physics of doping effects on the performance of CNTFETs, especially on the off-state, and to design an optimal device in terms of high on/off current ratio we consider two types of contacts in this study. (i) Zero Schottky-barrier contacts with lightly doped source/drain underlaps which we will designate as SB-CNTFETs and (ii) heavily doped CNT contacts which we will designate as C-CNTFETs following Knoch et al. [38]. With a 50 nm CNT and a 5 nm gate, the SB-CNTFETs have optimal on/off current ratios for a doping level of 10 dopants per atom. To obtain MOSFET-like contacts in a 50 nm CNT, we need a doping concentration value of 5 10 or higher dopants per atom. At these doping concentrations the direct source to drain tunneling dominates the leakage current. This reduces the on/off current ratio in C-CNTFETs by orders of magnitude. We propose a 100 nm SB-CNTFET with a gate length of 10 nm and an optimal doping level of 10 dopants per atom as the optimal device. This device has an on/off current ratio of 6 10 , an inverse subthreshold slope of 62 mV/dec, a switching delay time of 32 fs, and has almost unipolar characteristics over the entire range of gate bias used in this study.