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北京大學張志勇聯合彭練矛課題組--探索碳納米管網狀薄膜場效應晶體管的性極限用于數字集成電路

碳納米管(CNT)網狀薄膜場效應晶體管(TFTs)過去常常被認為是低成本和低性能的晶體管,一般用于顯示驅動或柔性電子設備,但最近已被用于構建數字集成電路(ICs)。盡管如此,關于如何實現CNT TFTs優化的研究工作很少被報道。在這項工作中,制備了基于高質量和高純度的CNT薄膜亞微米TFTs,還研究了由于關態性能引起的潛在性能限制。具體來說,尺寸縮減在可提升器件性能的同時,也會明顯損壞亞閾值擺幅。實驗和理論模擬結果表明,隨機取向碳管薄膜晶體管的開態性能(跨導,gm)和關態性能(亞閾值擺幅,SS)之間存在著明顯的相互制約規律。因此精心設計gm120 mV dec-1)與SS150μSμm-1)之間的平衡對于構建CNT TFTs是十分必要的,使其滿足施加電壓驅動數字集成電路的實際需求。

Figure 1. CNT材料的表征,(a高質量CNT薄膜沉積Si/SiO2基底上SEM圖,b吸附曲線,(c785 nm波長激發下的Raman光譜d633 nm波長激發下的Raman光譜

Figure 2.CNT網狀薄膜上TFTs的結構與表征。aTFT(通道長度500 nm的示意圖SEM,(b兩種TFT裝置的典型轉移曲線,(cgmSS靜態分布,(dgmSS的轉移曲線示意圖

Figure 3.單個CNTsFETs表征和模型aCNT網狀TFT(通道長度120 nm的有效通道長度分布,(b單個CNTsFETs示意圖,cLch-相關的VthIon曲線,(dCNTs FETs不同通道長度下的轉移曲線。

Figure 4. CNT TFTs性能極限探索aTFTs不同CNT密度下的模擬SSbgm值,c網狀CNTs TFTs不同參數條件下SSgm值,d最優CNT TFT(通道長度為120 nm的實驗轉移和輸出曲線。

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    該研究工作由北京大學張志勇聯合彭練矛課題組于2019發表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文:Exploring the Performance Limit of Carbon Nanotube Network Film Field-Effect Transistors for Digital Integrated Circuit ApplicationsDOI: 10.1002/adfm.201808574

 
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