Tác động của phân tích hiệu suất điện áp ngưỡng đối với Dual Halo Gate Stacked Triple Material Dual Gate TFET cho các ứng dụng siêu tiêu thụ điện năng

Silicon - Tập 13 - Trang 275-287 - 2020
M. Venkatesh1, N. B. Balamurugan1
1Department of Electronics and Communication Engineering, Thiagarajar College of Engineering, Madurai, India

Tóm tắt

Trong bài viết này, mô hình điện áp ngưỡng hai chiều (2-D) dựa trên kỹ thuật kỹ thuật cổng và kênh được phát triển phân tích cho Dual Halo Gate Stacked Triple Material Dual Gate Tunnel FET (DH-GS-TM-DG-TFET) với điện tích bề mặt hiệu quả. Mô hình được xây dựng bằng cách giải phương trình Poisson 2-D trong vùng kênh silicon được phân loại với các điều kiện biên phù hợp. Mô hình được đề xuất bao gồm các ảnh hưởng của nhiều tham số thiết bị như điện thế kênh, điện trường, DIBL, sự giảm điện áp ngưỡng và dòng chảy từ. Ngoài ra, các đặc tính điện dung viền của DH-GS-TM-DG-TFET được đề xuất cho thấy hiệu suất vượt trội so với cấu trúc TFET hai cổng bằng vật liệu ba và hai cổng bằng vật liệu đơn. Rõ ràng rằng cấu trúc thiết bị được đề xuất DH-GS-TM-DGTFET cung cấp dòng chảy ra IOFF kém (10−16A/μm) và cải thiện đáng kể dòng ON (10−6A/μm). Hơn nữa, tỉ lệ ION/IOFF là 1010. Để xác thực tính vững chắc của mô hình, các kết quả số được so sánh với các kết quả thu được bằng cách sử dụng Sentaurus TCAD.

Từ khóa

#Thiết bị bán dẫn #hiệu suất điện áp ngưỡng #Dual Halo Gate #TFET #siêu tiêu thụ điện năng

Tài liệu tham khảo

Vadthiya Narendar. Performance Enhancement of FinFET Devices with Gate -Stack (GS) High - K Dielectrics for Nanoscale Applications S i l i c o n ,Springer Nature,21 June 2018 https://doi.org/10.1007/s12633-018-9774-7 Ionescu A, Riel H (2011) Tunnel field-effect transistors as energy efficient electronic switches. Nature 479(73):329–337 Buvaneswari B, Balamurugan NB (2018) ‘Sensitivity analysis of double gate metal oxide semiconductor field effect transistor for bio-sensing applications'. Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics David Cavalheiro,Francesc Moll, StanimirValtchev. TFET-Based Power Management Circuit for RF Energy Harvesting .IEEE Journal of the Electron Devices Society.Jan. 2017;5(1):7–17 M. Venkatesh & N. B Balamurugan 2019,“New subthreshold performance analysis of germanium based dual halo gate stacked triple material surrounding gate tunnel field effect transistor”, Superlattices and Microstructures-Elsevier (130), 485–498 https://doi.org/10.1016/j.spmi.2019.05.016 Lu H, Seabaugh A. Tunnel field-effect transistors: state-of-the-art. IEEE J ElectronDevSoc 2014;2(4):44–49 Wu J, Min J, Taur Y (2015) Short-channel effects in tunnel FETs. IEEE Trans Electron Devices 62(9):3019–3024 Santhosh Kumar Gupta, Satyaveer Kumar, Analytical Modeling of a Triple Mateial Double Gate TFET with Hetero – Dielectric Gate stack, Silicon,Springer Nature; July 2018 Samiasafa,SamanthaLubabaNoor,Md.ZiaurRahmanKahan,“Physics-Based Generalized threshold voltage Model of Multiple Material Gate Tuneling FET structure, IEEE transactions on electron devices64 (4), April,2017 M.Venkatesh, M. Suguna and N. B Balamurugan (2019),” Subthreshold performance analysis of germanium source dual halo dual dielectric triple material surrounding gate tunnel field effect transistor for ultra low power applications”, Journal of Electronic Materials - Springer, https://doi.org/10.1007/s11664-019-07492-0 Bagga N (2015) Subir Kumar Sarkar, “an analytical model for tunnel barrier modulation in triple metal double gate TFET”. IEEE transactions on electron devices 62(7):2136–2142 Ajayan J, Nirmal D, Prajoon P, Charles PJ (2017) Analysis of nanometer-scaleInGaAs/InAs/InGaAs composite channel MOSFETs using high-K dielectrics for highspeed applications. AEU - Int J Electron Commun 79:1517. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2017.06.004 M.Venkatesh, M. Suguna and N. B Balamurugan (2020),“Influence of Germanium Source Dual Halo Dual Dielectric Triple Material Surrounding Gate Tunnel FET for improved Analog/RF Performance”, Silicon-Springer https://doi.org/10.1007/s12633-020-00385-6 Sentaurus Device User Guide, Synopsys Inc.,Version D-2010.0 Magnone P, Crupi F, Alioto M, Kaczer B, De Jaeger B. Understanding the potential and the limits of germanium pMOSFETs for VLSI circuits from experimental measurements. IEEE Trans Very Large Scale Integr VLSI Syst2011;19(9):1569–1582 Strangio S, Palestri P, Lanuzza M, Esseni D, Crupi F, SelmiL. Benchmarks of a III-V TFET technology platform against the 10-nm CMOS FinFET technology node considering basic arithmetic circuits.Solid State Electronics. 2017; Pradhan KP, Mohapatra SK, Agarwal PK, Sahu PK, Behera DK, Mishra J (2013) Symmetric DG-MOSFET with gate and channel engineering: a 2-D simulation study. MicroelectronSolid State Electron 2:1–9 Tsividis Y. Operation and Modelling of the MOS Transistor. 2ndedn.McGraw-Hill. New York .1989; Kumar S, EktaGoel KS, Singh B, Singh PK, KamalakshaBaral SJ (2017) 7 2-D Analytical Modeling of the Electrical Characteristics of Dual-Material DoubleGate TFETs With a SiO2/HfO2 Stacked Gate-Oxide Structure. IEEE Trans Electron Devices 64(3) SwetaChander, Baishya S (2015) A Two-dimensional Gate Threshold Voltage Model, for a Hetero-Junction SOI-Tunnel FET with Oxide/Source Overlap. IEEE Trans Electron Devices Emerging Research Devices.Int.Technol.RoadmapSemicond. 2017 Suveetha P, BalamuruganN.B, ChakaravarthiG. C. V, RameshR.P,Kumar B. R. S. A 2D Analytical Modeling of single Halo Triple Material Surrounding Gate MOSFET.Journal of Electrical Engineering and Technology.2014;9(4):1355–1359 Suveetha P, Balamurugan NB (2014) A 2D Subthreshold current model for single halo triple material surrounding gate MOSFETs. Microelectronics Journal 45(6):574–577 Bentrcia T, Djeffal F, Benhaya AH (2012) Continuous analytic I-V model for GS DG MOSFETs including hot-carrier degradation effects. J Semicond 33:014001 Sarkar A, De S, Sarkar CK (2013) Asymmetric halo and singlehalo dual-material gate and double halo double material gate n-MOSFETs characteristic parameter modeling. Int J Numer Model 26:41–55 Park HJ, Ko PK, Hu C (1991) A charge sheet capacitance model of short channel MOSFET’s for spice. IEEE Trans Comput Aided Des 10(3):376–389 Young KK (1989) Short Channel Effect in fully depleted SOI MOSFETs. IEEE Trans Electron Devices 36(2):339–402 Yan RH, Ourmazd A, Lee KF (1992) Scaling the Si MOSFET: from bulk to SOI. IEEE Trans Electron Devices 39:1704–1710 Razavi P, Orouji AA (2008) Nanoscale triple material double gate (TM-DG) MOSFET for improving short channel effects. International Conference on Advances in Electronics and Microelectronics, pp 11–14 Kane EO (1961) Theory of tunneling. J Appl Phys 32(1):83–91 Hamid HAE, Guitart JR, Iniguez B (2007) Analytical model of the threshold voltage and subthreshold swing of undoped cylindrical gate-all-around-based MOSFETs. IEEE Trans. Electron Devices 54:572–579 Kumar A, Kedzierski J, Laux SE (2005) Quantam-based simulation analysis of scaling in ultrathin body device structures. IEEE Trans. Electron Devices 52:614–617 Vishnoi R, Kumar MJ (2014) compact analytical model of dual material gate tunnelling field effect transistor using interband tunnelling and channel transport. IEEE trans Electron Devices 61:1936–1942