[发明专利]石墨烯晶体管的小信号模型的截止频率的计算方法

说明书

一种石墨烯晶体管的小信号模型的截止频率的计算方法，包括：在衬底上形成多个以石墨烯材料作为有源区的MOSFET，其中在各个有源区上形成源漏金属接触；测量各个MOSFET的截止频率；针对于原始的小信号模型和石墨烯有源区与源漏金属接触之间的接触电容存在的特殊性质，将传统的小信号模型加以修改的到新的小信号等效模型；基于新的小信号等效模型，利用传统电路分析方法、KCL以及KVL分析方法，得到新的截止频率的数值解；将截止频率的数值解与截止频率的测量值做比较，反馈修改小信号等效模型。利用本发明可以精确计算及拟合石墨烯晶体管的截止频率，适于石墨烯晶体管的高频研究。本发明理论合理，结果精确，简单易行，有利于建立完整的石墨烯晶体管小信号仿真模型。

技术领域

本发明涉及半导体电子器件的建模仿真技术领域，尤其涉及一种针对于石墨烯晶体管改进的小信号模型的截止频率的计算方法。

背景技术

石墨烯作为一种典型的二维材料受到科学界的持续性关注。石墨烯具有出色的电学特性，热特性和机械特性，比如室温下高达100000cm²/V·s的载流子迁移率，使石墨烯可以应用在触摸面板、透明导电膜等领域。石墨烯具有远远大于Cu的电流密度限值，可以实现低成本但可比Cu通过更大电流的导线。而在器件领域，石墨烯晶体管得制作工艺也日趋完善，2013年IBM制作出了第一个石墨烯混频器集成电路。石墨烯晶体管的应用主要是高频领域。

一般，在制作高频集成电路之前，要使用计算机仿真或者利用小信号模型将电路简化分析的方法验证设计电路的可行性。这需要对器件建立一个准确的小信号模型，来分析在电路中的电学行为。

采用石墨烯作为有源层的晶体管作为一个新型器件，它具有与硅基晶体管不同的金属的接触特性。对于这个接触特性，使得石墨烯和金属接触在接触面会产生一个额外的接触电容。

在设计基于石墨烯晶体管的集成电路时，为获得更加准确的仿真结果，必须考虑接接触电容对器件高频性能的影响。器件的接触特性，国外专家已经完成了对于石墨烯和金属接触特性、接触电容特性的研究，但还没有一个完整的小信号模型考虑到这个接触电容的影响及完善后的小信号模型对于截止频率的计算所带来的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于一种针对于石墨烯晶体管改进的小信号模型的截止频率的计算方法，以加入的接触电容的小信号模型，建立截止频率的数值解模型，进而针对于高截止频率和低截止频率化简数值解模型得到解析解，最后，通过拟合高截止频率和低截止频率的到覆盖全频率的准确的截止频率模型。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯晶体管的小信号模型的截止频率的计算方法，该方法包括：

在晶片衬底上形成多个以石墨烯材料作为有源区的MOSFET，其中在各个有源区上形成源漏金属接触；

测量各个MOSFET的截止频率；

针对于原始的小信号模型和石墨烯有源区与源漏金属接触之间的接触电容存在的特殊性质，将传统的小信号模型加以修改的到新的小信号等效模型；

基于新的小信号等效模型，利用传统电路分析方法、基尔霍夫电流定律(KCL)以及基尔霍夫电压定律(KVL)分析方法，得到新的截止频率的数值解；

将截止频率的数值解与截止频率的测量值做比较，反馈修改小信号等效模型。

其中，测量截止频率之后进一步包括破坏性实验测量石墨烯有源区与源漏金属接触之间的间隙距离，从而得到接触电容的测量值。其中，反馈修改小信号等效模型包括调节接触电容的理论计算值。