Output Characteristics of Graphene Field Effect Transistors

Abstract

Использование графена, который обладает высокой подвижностью носителей заряда, высокой теплопроводностью и рядом других положительных свойств, является перспективным для создания новых полупроводниковых приборов с хорошими выходными характеристиками. Целью работы являлось моделирование выходных характеристик полевых транзисторов, содержащих графен, с использованием метода Монте-Карло и решения уравнения Пуассона. Рассмотрены две конструкции полупроводниковых структур, в которых одиночный слой (или монослой) графена располагается на подложке, сформированной из материала карбид кремния типа 6Н-SiC. Особенностью первой из них является то, что контактные области стока и истока полностью располагались на слое графена, длина которого вдоль продольной координаты равнялась длине подложки. Конструкция второй структуры отличалась от первой конструкции тем, что длина слоя графена была укорочена и области стока и истока частично располагались на слое графена, а частично на подложке. Путём моделирования получены основные выходные характеристики полевых транзисторов, построенных на основе двух рассмотренных полупроводниковых структур. Моделирование выполнялось с использованием метода статистического моделирования – метода Монте-Карло. Для выполнения моделирования был разработан вычислительный алгоритм, составлена и отлажена программа численного моделирования методом Монте-Карло в трёхмерном пространстве с использованием уравнения Пуассона. Результаты выполненных исследований показывают, что разработка полевых транзисторов с использованием слоёв графена может улучшить выходные характеристики – увеличить выходной ток и крутизну, а также повысить предельную частоту работы полупроводниковых структур в высокочастотных диапазонах.