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北京大学张志勇联合彭练矛课题组--探索碳纳米管网状薄膜场效应晶体管的性极限用于数字集成电路

碳纳米管(CNT)网状薄膜场效应晶体管(TFTs)过去常常被认为是低成本和低性能的晶体管,一般用于显示驱动或柔性电子设备,但最近已被用于构建数字集成电路(ICs)。尽管如此,关于如何实现CNT TFTs优化的研究工作很少被报道。在这项工作中,制备了基于高质量和高纯度的CNT薄膜亚微米TFTs,还研究了由于关态性能引起的潜在性能限制。具体?#27492;擔?#23610;寸缩减在可提升器件性能的同时,也会明显损坏亚阈值摆幅。实验和理论模拟结果表明,随机取向碳管薄膜晶体管的开态性能(跨导,gm)和关态性能(亚阈值摆幅,SS)之间存在着明显的相互制约规律。因此精?#32435;?#35745;gm120 mV dec-1)与SS150μSμm-1)之间的平衡对于构建CNT TFTs是十分必要的,使其满足施加电压驱动数字集成电路的实际需求。

Figure 1. CNT材料的表征,(a高质量CNT薄膜沉积Si/SiO2基底上SEM图,b吸附曲线,(c785 nm波长激发下的Raman光谱d633 nm波长激发下的Raman光谱

Figure 2.CNT网状薄膜上TFTs的结构与表征。aTFT(通道长度500 nm的示意图SEM,(b两种TFT装置的典型转移曲线,(cgmSS静态分布,(dgmSS的转移曲线示意图

Figure 3.单个CNTsFETs表征和模型aCNT网状TFT(通道长度120 nm的有效通道长度分布,(b单个CNTsFETs示意图,cLch-相关的VthIon曲线,(dCNTs FETs不同通道长度下的转移曲线。

Figure 4. CNT TFTs性能极限探索aTFTs不同CNT密度下的模拟SSbgm值,c网状CNTs TFTs不同参数条件下SSgm值,d最优CNT TFT(通道长度为120 nm的实验转移和输出曲线。

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    该研究工作由北京大学张志勇联合彭练矛课题组于2019发表在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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