材料导论碳纳米管综述

姓名：欧阳一鸣学号：2013012532

班级：高材

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潜在的碳纳米管场效应晶体管的模拟电路

介绍

在集成电路晶体管的指数增长摩尔定律所描述的内容持续了近一个半世纪

里。然而,2010年的国际半导体技术发展路线图预测增长将减缓到2013年底。

这主要是因为互补金属氧化物半导体（CMOS的比例正迅速接近其物理限制带来了许多障碍，如更高的亚阈值传导，栅氧化层和结泄漏增加，低输出电阻和跨导，增加热量生产。这使得半导体行业探索不同的材料和设备更加超越摩尔定律（如通过创造ITRS）。在这些材料和器件研究，碳纳米管场效应晶体管（CNFET）

已经获得了，因为它们规模小，流动性高，近弹道输运，大电流密度和较低的固有电容。自推出CNFETs该研究已主要重点对他们的数字电路使用。甚至中等规模薄流明碳纳米管（CNT的集成电路已报告了灵活塑料基板。然而，开/关比（也称为噪声余量）通常很小对于目前制造CNFETs因为存在金属碳纳米管［，

因此需要更多的调查，他们用于数字电路。与此相反，CNFETs具有更多潜在用

于高性能模拟电路，其中所述晶体管不需要充分关闭。此外，特性perform-ANCE 度量类似物或RF晶体管是更适合材料和碳纳米管的设备性能和制造tol-era nces ，也可以更轻松得的。

CNFETS础知识

场效应管的结构和MOSFE样的CNFETs

在传统的MOSFET源区和漏区是由两个重掺杂区中的硅衬底形成，并且栅极由多晶硅材料，其是绝缘的形成从基板由薄的二氧化硅层。如果电压被施加到

栅极端，下方的连续信道栅极形成用于电流流动的源极和漏极之间。

另一方面为CNFETs栅极，源极和漏极接触由像铬或钨金属与 4.5电子伏特的功函数。H是金属接触的高度，L是长度。值得一提的是，出两种类型CNFETs 即肖特基势垒和MOSFE等的，选择后者，因为它具有较高的离子/IOFF比率，过渡频率f 低的，更低的寄生电容，更好的AC性能和更高的制造可行性。在MOSTFE样的CNFE■之间的电流源和漏接触使用碳纳米管。根据贝壳的数量形成管状结构这些碳纳米管可以作为折叠见石墨烯成管状结构，可以单壁和多壁。单壁碳

纳米管通常的特点是它的手性决定了它的属性和直径。手性是由一对指数

（N1, N2）的表示被称为手性矢量，它是用于选择在此工作的CNFET模型。栅极下的管子是未掺杂的，而连接所述栅极到源极和漏极的管被重掺杂，从而掺杂管被称为源-漏延伸区，栅极，以及源极-漏极扩展区不包括源极和漏极金属接触，被认为是CNFET勺内在结构。源的引进和漏极金属触点增加了寄生或外部电容，因此，完成CNFET勺设备型号。两个相邻的管的中心之间的距离称为音调。栅极

氧化物为氧化铬的介电常数具有大致4纳米的高度。这些管坐在一个厚的氧化硅

（10微米）与硅衬底的底部上。

晶体管直流特性描述

漏极电流对音高，碳纳米管和晶体管宽度

被首先观察到沥青上CNFETS勺漏极电流的影响。1伏的供给电压被连接到漏极端子和栅极端子，而源极和衬底的终端被接地。漏极电流是独立的音调，除非管很近。但是，当间距为＜20纳米，间CNT电容变得更加突出，漏电流降低，因为屏蔽效应。屏蔽效应被去定义为在静电视场的变化以及由于其他原因在其附近的存在的带电粒子的库仑势。因此，因为管之间的静电斥力的低球，电子排斥管的中心，导致电流的减少。

CNFET S极电流和管子的数量为两个不同的音调而晶体管宽度不是固定的。很明显，目前与管子的数量线性增加；然而，随着筛查效果更突出5 nm。自从问直径是固定的晶体管宽度的CNFETs数量的碳纳米管的产物和沥青。随着管密度是通过选择控制，因此增加的宽度增加碳纳米管。选择两个音高值20和5纳米。因为我们比较漏极电流在一定宽度和两个值的音高，管子的数量不再是相同的。此外，它是有趣地注意到，虽然与20纳米节距相比每管中的电流小于在5纳米的间距，所有的漏电流增加在5纳米节距

射频描述

跨导,g：跨导（g米漏极电流的变化）是一种测量晶体管的栅极电压的变化。这是一个重要的基准测试参数尤其是模拟放大器等电路，因为它代表了增益和场效应晶体管的放大。

过渡或统一电流增益截止频f T：过渡频率或统一电流增益截止频率（f T）,是一个

晶体管的固有速度的测量，通常用作基准参数之间不同的晶体管。

更多的射频:F马克斯最大可用增益（MAG），最大稳定增益和k

这个小节介绍了其他知名的射频分布。这些包括梅森的单边功率增益（U黑川纪章）、杂志、稳定因子（k）和最大振荡频率（f马克斯）。这些射频参数导出了两口的线性网络分析使用y参数。决定了系统的稳定性k（称为Rollet的因素）和4。评估两个活动设备的功率增益，比较他们的U感兴趣的值在整个频率是必需的。然而,它更方便单个数字基准。这样一个实用的FOM的功率增益f马克斯频率的大

小U成为零分贝。这是上面的频率，功率增益不能获得一个活跃的设备在f马克斯的大小和杂志也变成了0分贝。

射频电路的比较

1逆变器延迟：逆变器是许多集成电路。例如，一个环形振荡器工作在射频频率由几级联逆变器阶段和在一起延迟相结合的系列逆变器决定了环形振荡器的振荡频率。这个小节比较卸载逆变器延迟和CNFET之间。为了一致性，选择通道宽度为1 p-FETs和n-FETs。自从CNFET寄生参数较低与场效应管，设备要快得多。此外，当管密度增加，减少，当前也在不断增加，因为增加的有效宽度的晶体管。2环形振荡器：环形振荡器是锁相环（pll）的一个组成部分在高频收发器。在这小节，它是用作水准电路MOSFE和CNFET之间,特别是比较振荡频率和功耗三级环形振荡器。

晶体管的漏极电压和宽度分别1 V和1卩m以来单个逆变器的

延迟较小CNFETs环形振荡器的基础上CNFETs振荡频率要高得多。然而,之间有一个权衡的振荡频率和功耗CNFET-basec三级戒指振荡器。

3 LC振荡器：一个典型的LC振荡器由一个电感器和电容器形成振荡回路g细胞, 补偿损失的实现持续振荡。LC-based振荡器、特殊电压控制振荡器广泛用于毫米波射频锁相环电路产生本地振荡器信号。

4振荡频率:主要取决于总电路中电感和电容的值。后者不仅包括贡献从从场效应晶体管的寄生参数。

结论