碳纳米管晶体管

随着传统的硅材料加工技术发展到极限,寻找替代硅的材料已迫在眉睫。碳纳米管因其优良的性能将成为替代硅的理想材料。本文介绍了以碳纳米管为基础的场效应晶体管的工作原理以及独特性能。与传统的金属-氧化物-半导体(MOS)场效应晶体管相比,由于碳纳米管具有单分子、准一维、高电流密度等优良特性,所以碳纳米管晶体管将很容易突破传统硅场效应晶体管的物理极限,并且在继续减小器件尺寸、解决耗能和散热问题方面具有优势。     

碳纳米管及其应用

介绍碳纳米管的独特性能及其应用，如优良的导电性能和场发射性能等。     

单电子器件

综述了单电子器件的研究进展,包括单电子器件的简要历史、研究现状、基本理论、工作性能及制作工艺,并且深入讨论了本领域今后的发展方向。     

碳纳米管FET的研究进展

对碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)的器件性能进行了讨论,并与相应的Si器件进行了比较,结果表明CNTFET对迄今传统器件具有非常竞争力;阐述了利用CNT器件制作的逻辑门电路,显示了CNTFET的集成潜力;最后指出CNTFET面临的挑战是严峻的。     

基于肖特基接触的碳纳米管场效应晶体管

由于具有独特的一维纳米结构、稳定的化学特性和优异的电学性能,单壁碳纳米管被认为是制作高性能电子器件以及下一代纳米电路的理想材料,作为新型基础电子元件的一种,碳纳米管场效应晶体管一直是研究的热点。研究了一种基于非对称肖特基接触的碳纳米管场效应晶体管,金属钯与金属铝分别作为电极材料制作出的碳纳米管场效应晶体管分别表现出p型和n型的导通特性,当这两种金属分别作为源、漏电极制作在单根半导体性单壁碳纳米管的两端时,便构成了非对称肖特基接触结构碳纳米管场效应晶体管。器件表现出了优良的整流特性,整流比达到103,在栅压的调控下,正向电流的开关比接近103。     

碳纳米管单片三维集成电路

随着人工智能、大数据等领域的发展,对芯片算力和能效的要求越来越高。传统的硅基芯片技术面临功耗墙、存储墙和尺寸缩减等限制,亟须新的沟道材料和芯片架构来推动信息电子产业的继续向前。碳纳米管（Carbon nanotube, CNT）因其优异的电学、力学和热学性能,成为构建下一代集成电路的理想材料。本文综述了碳纳米管单片三维集成电路（Molithic three-dimmensional integrated circuit,M3D IC）的最新研究进展,包括其制备工艺、性能优势、应用场景以及面临的挑战,最后讨论了未来可能发展的几个方向。     

基于量子模型的碳纳米管场效应晶体管电子输运特性

采用量子输运模型和NEGF理论,自洽求解薛定谔方程和泊松方程,对类MOS-碳纳米管场效应晶体管的电子输运特性建模。考察了沟道长度Lg为5~25 nm时,其对器件的导通电流、阈值电压、关态泄漏电流、电流开关比、亚阈值摆幅等性质的影响。结果表明:当Lg≥15 nm时,MOS-CNTFET没有量子尺寸效应;当Lg<15 nm时,器件出现短沟道效应;Lg<10 nm时短沟道效应更加明显。     

单壁碳纳米管场效应晶体管的制备工艺研究

综述了碳纳米管场效应晶体管（CNTFET）的主要结构和导电沟道的制备工艺,如AFM探针操控、CVD原位生长、交流介电泳和L-B大面积操控排布等方法。在对CNTFET的这些结构和制备工艺进行详细分析的基础上,着重指出目前CNTFET导电沟道制备中存在的诸如金属性单壁碳纳米管（SWCNT）的烧除、接触电阻大、滞后现象以及P型CNTFET转化等问题,并针对这些问题提出了具体可行的解决方案。     

不同手性单壁碳纳米管分离及其场效应晶体管性能研究

高纯度的单手性单壁碳纳米管对于下一代碳基电子器件的发展具有重要意义。利用聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-联吡啶](PFO-BPy)、聚(9,9－二辛基芴－2,7－二基)(PFO)和聚(9,9－二辛基芴－共苯并噻二唑)(PFO-BT)三种聚合物在有机相中分别分选出(6,5),(7,5)和(10,5)三种手性单壁碳纳米管,具有较高纯度以及浓度,并去除了超过99%的残留分散剂。使用上述溶液沉积获得高均匀性和高密度的碳纳米管薄膜,以此作为器件沟道材料,制备了手性单壁碳纳米管场效应晶体管阵列。结果显示,大直径的(10,5)手性碳纳米管晶体管器件具有较好的电学性能,其迁移率最高达16cm²·V-1·s-1,开关比达10⁷。     

半导体型单壁碳纳米管的电子输运特性

采用基于密度泛函理论的非平衡格林函数法(Non-equilibrium Green functions,NEGF),对耦合于两个面心立方间的Al(111)电极间的(8,0)碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)传输特性进行了计算。结果表明,在小偏压下(-40～40 mV),碳纳米管伏安特性与孤立碳纳米管的接近为零不同,而是接近为线性,这是耦合导致碳纳米管能级移动的结果。     

碳纳米管非对称接触结构制作及电学性能研究

实验研究了多根或单根单壁碳纳米管与非对称金属电极接触结构的制作方法。先用介电泳方法(DEP)将碳纳米管定向排列在Au电极对之间,再用电子束光刻(EBL)在碳纳米管的一端加工Al电极,获得多根碳纳米管与金铝电极的非对称接触结构。先用EBL在Au电极对一端覆盖Al电极,再用DEP排列碳纳米管,实现单根碳管与金铝电极的非对称接触结构。非对称结构器件的电学测试研究表明,器件的I-V曲线不再对称,呈现出整流特性。     

Harmonic and Intermodulation Performance of Metallic Carbon Nanotube (MCNT) and Complementary Carbon Nantube Field Effect Transistor (CNTFET) Amplifier

This paper presents a simple mathematical model for the output-voltage (current)/ input-voltage characteristic of the carbon nanotube field effect transistor (CNTFET) complementary inverting amplifier and the metallic carbon nanotube (MCNT) interconnect. The model, basically a Fourier series, yields closed-form expressions for the amplitudes of the harmonic and intermodulation components of the output voltage (current) resulting from a multisinusoidal input voltage. The special case of a two-tone equal-amplitude input voltage is considered in detail. The results show that the harmonic and intermodulation performance of the complementary CNTFET-based inverting amplifier and the MCNT interconnect is strongly dependent on the values of the amplitudes of the input tones with the third-order intermodulation component dominating over a wide range of the input voltage amplitudes. The results also show that while the harmonics may exhibit minima, the intermodulation products are almost monotonically increasing with the increase in the input voltage amplitude and exhibit no minima.     

电容耦合互初型单电子晶体管逻辑单元的数值模拟

根据单电子系统半经典模型,采用蒙特卡罗法单电子模拟程序对电容耦合的类ＣＭＯＳ单电子逻辑单元在不同参数条件下转移特性进行数值模拟,这种模拟器的物理内涵是通过建立ｎ沟单电子晶体管（ＳＥＴ）开关单元、ｑ沟ＳＥＴ开关单元以及互补型ＳＥＴ开关单元的电容电压荷方程,然后根据隧道前后系统自由能的变化来确定系统的隧穿率,建立电流－电压方程来决定开关特性而得到的。     

电子空穴对单电子陷阱存储器的设计与分析

本文论述了由Ti/TiOx/Ti介观隧道结阵列构成的电子空穴对耦合的单电子陷阱存储器,结合目前扫描隧道显微镜(STM)进行纳米加工的特点,设计了该存储器的电路结构及其结构参数,计算出电路的电容矩阵,并用Monte Carlo法对电路特性进行了模拟.结果表明,该存储器与其它单电子存储器有相同的存储特性,但具有较高的工作温度及工作稳定性.     

电容耦合互补型单电子晶体管逻辑单元的数值模拟

根据单电子系统半经典模型 ,采用蒙特卡罗法单电子模拟程序对电容耦合的类 CMOS单电子逻辑单元在不同参数条件下的转移特性进行数值模拟。这种模拟器的物理内涵是通过建立n沟单电子晶体管 (SET)开关单元、p沟 SET开关单元以及互补型 SET开关单元的电容电压电荷方程 ,然后根据隧穿前后系统自由能的变化来确定系统的隧穿率 ,建立电流 -电压方程来决定开关特性而得到的。     

基于Pd/SWNT/Al结构的场效应晶体管的研究

碳纳米管因具有良好的物理机械性能而得到广泛的研究,其最重要的应用之一是构建场效应晶体管(FET).文章提出并研究了一种非对称接触的单壁碳纳米管场效应晶体管(SWNT-FET),并对其电学特性进行了表征.在该器件中,SWNT被作为FET的沟道,两种不同功函数的金属被用来与SWNT形成肖特基接触;SWNT一端与低功函数金属Al形成源极,另一端与高功函数金属Pd形成漏极.该类器件可应用于下一代纳米集成电路中.