ФІЗИКА MOSFET НАНОТРАНЗИСТОРІВ: ФУНДАМЕНТАЛЬНІ ГРАНИЦІ ТА ОБМЕЖЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.18524/1815-7459.2021.3.241052Ключові слова:
наноелектроніка, польовий транзистор, MOSFET, модель ЛДЛ, метрика транзисторів, фундаментальні межіАнотація
В останній із серії методично-оглядових статей, присвячених фізиці сучасних нанотранзисторів і призначених для дослідників, інженерів, студентів і викладачів вищої школи, показано, що наявність мінімальної енергії запису одного біту інформації призводить до появи фундаментального обмеження на мінімальну довжину каналу MOSFET і на мінімальний час перемикання транзистора. Отримана проста оцінка Lmin = 1.2 нм (для кімнатної температури) є, очевидно, дещо заниженою, і реально навряд чи вдасться створити кремнієвий транзистор з довжиною каналу, меншою від 2,5–3 нм. Це корелює з результатами чисельного моделювання електронного транспорту через канал, які показують, що для коротких каналів дедалі більша частина струму проходить уже тунельно під вершиною бар’єру, і відтак транзистор втрачає функціональність, оскільки струм у колі витік-стік уже не регулюється напругою на затворі.
Посилання
V. V. Zhirnov, R. K. Cavin III, J. A. Hutchby, G. I. Bourianoff, Proc. IEEE, 91, 1934–1939 (2003).
R. Landauer, IBM J. Res. Dev., 5, 183– 191 (1961).
C. Bennett, R. Landauer, Scientific American, 61, 48–57 (1985).
C. H. Bennett, History Phil. Mod. Phys., 34, 501–510 (2003).
J. D. Meindl, J. A. Davis, IEEE J. Solid State Circuits, 35, 1515–1516 (2000).
Yu. A. Kruglyak, Nanoehlektronika «snizu – vverh» (Odessa: TES: 2015).
A. Bérut, A. Arakelyan, A. Petrosyan, S. Ciliberto, R. Dillenschneider, E. Lutz, Nature, 483, 187–189 (2012).
Y. Jun, M. Gavrilov, J. Bechhoefer, Phys. Rev. Lett., 113, 190601 (2014).
L. L. Yan, T. P. Xiong, K. Rehan, F. Zhou, D. F. Liang, L. Chen, J. Q. Zhang, W. L. Yang, Z. H. Ma, M. Feng, Phys. Rev. Lett., 120, 210601 (2018); www.arxiv.org/abs/1803.10424v1.
M. Esposito, Physics, 11, 49 (2018).
Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha. Sensorna elektronika i mikrosystemni tekhnolohii. 17, No 1, 4–20 (2020).
A. D. Franklin, M. Luisier, Shu-Jen Han, G. Tulevski, C. M. Breslin, L. Gignac, M. S. Lundstrom, W. Haensch, Nano Lett., 12, 758–762 (2012).
M. Luisier, M. S. Lundstrom, D. A. Antoniadis, J. Bokor, Intern. Electron Dev. Mtg. (IEDM), Technical Digest, 251 (2011); www.doi.org/10.1109/IEDM.2011.6131531.
M. Lundstrom, Fundamentals of Nanotransistors (Singapore: World Scientific: 2018); www.nanohub.org/courses/NT.
J. Wang, M. Lundstrom, Intern. Electron Dev. Mtg. (IEDM), Technical Digest, 707–710 (2002).
R. Mehrotra, Sung Geun Kim, T. Kubis, M. Povolotskyi, M. S. Lundstrom, G. Klimeck, IEEE Trans. Electron Dev., 60, 2171–2177 (2013).
S. Datta, Phys. Rev. B, 40, 5830–5833 (1989).
M. A. Alam, M. A. Stettler, M. S. Lundstrom, Solid-State Electron., 36, 263– 271 (1993).
C. Jeong, R. Kim, M. Luisier, S. Datta, M. Lundstrom, J. Appl. Phys., 197, 023707 (2010).
S. Datta, Lessonsfrom Nanoelectronics: A New Perspective on Transport (Singapore: World Scientific: 2012).
M. Lundstrom, С. Jeong, Nearequilibrium transport. Fundamentals and Applications (Singapore: World Scientific: 2013).
Yu. O. Kruglyak, M. V. Strik Fiz. Zhurn. Ohliady, 10, 3–32 (2015).
S. Datta, Lessonsfrom Nanoelectronics. Part A: Basic Concepts (Singapore: World Scientific: 2017).
S. Rakheja, M. Lundstrom, D. Antoniadis, IEEE Trans. Electron Dev., 62, 2786–2793 (2015).
S. Rakheja, M. Lundstrom, D. Antoniadis, IEEE Trans. Electron Dev., 62, 2794–2801 (2015).
Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha. Sensorna elektronika i mikrosystemni tekhnolohii. 16, No 4, 5–26 (2019).
U. Radhakrishna, T. Imada, T. Palacios, D. Antoniadis, Phys. Status Solidi C, 11, 848–852 (2014).
J. Guo, S. Datta, M. Lundstrom, M. Brink, P. McEuen, A. Javey, H. Dai, H. Kim, P. McIntyre, Intern. Electron Dev. Mtg. (IEDM), Technical Digest, 711–714 (2002).
M. V. Fischetti, L. Wang, B. Yu, C. Sachs, P. M. Asbeck, Y. Taur, M. Rodwell, Intern. Electron Dev. Mtg. (IEDM), Technical Digest, 109–112 (2007).
R. Venugopal, S. Goasguen, S. Datta, M. S. Lundstrom, J. Appl. Phys., 95, 292–305 (2004).
D. A. Antoniadis, IEEE Trans. Electron Dev., 63, 2650–2656 (2016).
M. Lundstrom, Fundamentals of Carrier Transport (Cambridge, U.K.: Cambridge Univ. Press: 2000).
M. S. Lundstrom, IEEE Electron Dev. Lett., 18, 361–363 (1997).
Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha. Sensorna elektronika i mikrosystemni tekhnolohii. 17, No 4, 4–22 (2020).
A. Majumdar, D. A. Antoniadis, IEEE Trans. Electron Dev., 61: 351–358 (2014).
G. Gildenblat, J. Appl. Phys., 91, 9883–9886 (2002).
R. Clerc, P. Palestri, L. Selmi, G. Ghibaudo, J. Appl. Phys., 110, 104502 (2011).
P. Palestri, D. Esseni, S. Eminente, C. Fiegna, E. Sangiorgi, L. Selmi, IEEE Trans. Electron Dev., 52, 2727–2735 (2005).
L. Lucci, P. Palestri, D. Esseni, L. Bergagnini, L. Selmi, IEEE Trans. Electron Dev., 54, 1156–1164 (2007).
J. Lusakowski, M. J. Martin Martinez, R. Rendal, T. Gonzalez, R. Tauk, Y. M. Meziani, W. Knap, F. Boef, T. Skotnicki, J. Appl. Phys., 101, 114511 (2007).
H. Tsuchiya, K. Fujii, T. Mori, T. Miyoshi, IEEE Trans. Electron Dev., 53, 2965–2971 (2006).
V. Barrel, T. Poiroux, S. Barrund, F. Andrieu, O. Faynot, D. Munteanu, J.-L. Autran, S. Deleonibus, IEEE Trans. Nanotech., 8, 167–173 (2009).
M. V. Fischetti, S. E. Laux, J. Appl. Phys., 89, 1205–1231 (2001).
K. Natori, H. Iwai, K. Kakushima, J. Appl. Phys., 118, 234502 (2015).
P. Palestri, D. Esseni, S. Eminente, C. Fiegna, E. Sangiorgi, L. Selmi, Intern. Electron Dev. Mtg. (IEDM), Technical Digest, 605–608 (2004).
A. H. Samoilovych, L. L. Korenblyt, Usp. fyz. nauk, LVII, 577–630 (1955).
Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha. Sensorna elektronika i mikrosystemni tekhnolohii. 17, No 2, 16–34 (2020).
M. Lundstrom, X. Sun, Some Useful Relations for Analyzing Nanoscale MOSFETs Operating in the Linear Region (West Lafayette, Indiana: Purdue University, USA, 2016); www. arxiv.org/abs/1603.03132.
Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha. Sensorna elektronika i mikrosystemni tekhnolohii. 16, No 2, 5–31 (2019).
J. - H. Rhew, Zhibin Ren, M. Lundstrom, Solid-State Electron., 46, 1899–1906 (2002).
M. V. Fischetti, S. Jin, T.-W. Tang, P. Asbeck, Y. Taur, S. E. Laux, M. Rodwell, N. Sano, J. Comp. Electron., 8, 60–77 (2009).
M. V. Fischetti, S. T. P. O`Regan, S. Narayanan, C. Sachs, S. Jin, J. Kim, Y. Zhang, IEEE Trans. Electron Dev., 54, 2116–2136 (2007).
Doris, Bruce B.; Dokumaci, Omer H.; Ieong, Meikei K.; Mocuta, Anda; Zhang, Ying; Kanarsky, Thomas S.; Roy, R. A. (December 2002). Digest. International Electron Devices Meeting: 267–270. doi:10.1109/ IEDM.2002.1175829
Wakabayashi, Hitoshi; Yamagami, Shigeharu; Ikezawa, Nobuyuki; Ogura, Atsushi; Narihiro, Mitsuru; Arai, K.; Ochiai, Y.; Takeuchi, K.; Yamamoto, T.; Mogami, T. (December 2003). IEEE International Electron Devices Meeting 2003: 20.7.1–20.7.3. doi:10.1109/IEDM.2003.1269446
М. V. Strikha, A. I. Kurchak. Ukr. J. Phys., 66, 625–629 (2021).
F. A. Rasmussen and K. S. Thygesen. J. Phys. Chem. C119, 13169 (2015).
A. Nourbakhsh, A. Zubair, R. N. Sajjad, A. Tavakkoli K. G, W. Chen, S. Fang, Xi Ling, J. Kong, M. S. Dresselhaus, E. Kaxiras, K. K. Berggren, D. Antoniadis, and T. Palacios. Nano Lett. 16, 7798 (2016).
Maksym V. Strikha, Mykola Yelisieiev, and Anna N. Morozovska. Appl. Phys. Lett. 119, 042102 (2021), doi:10.1063/5.0056720
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право переходить Видавцю.
