[实用新型]一种源漏轻掺杂异质栅石墨烯纳米条带场效应管

说明书

本实用新型公开了一种源漏轻掺杂异质栅石墨烯纳米条带场效应管，包括源区、漏区、沟道、栅氧化层及双栅极；栅极包括栅极两端和栅极中间，栅极两端功函数与栅极中间功函数不同；沟道为石墨烯纳米管，位于源区和漏区之间，源区和漏区均包括N型重掺杂区和扩展区，扩展区靠近石墨烯纳米管，N型重掺杂区远离石墨烯纳米管，源扩展区与漏扩展区均为N型轻掺杂；栅氧化层位于石墨烯纳米管两侧，双栅极位于栅氧化层外侧。本实用新型减少了器件性能下降，具有更大的电流开关比，迟滞时间更短，亚阈值摆幅更小，电压增益更高的源漏轻掺杂异质栅石墨烯纳米条带场效应管。

技术领域

本实用新型属于纳米场效应管领域，涉及源漏轻掺杂异质栅结构的石墨烯纳米条带场效应管。

背景技术

目前，石墨烯已成为国内外科学家的研究热题，特别是2010年曼切斯特大学的两位物理科学家由于在石墨烯方面的创新研究而获得诺贝尔物理学奖后，更是引起人们的广泛关注。现在石墨烯应用到晶体管中主要是作为场效应晶体管的沟道材料，但由于石墨烯是零带隙半金属材料，具有室温下弹道效应，因此用做器件沟道材料时，它一直处于“开”的状态，也就没有开关特性，同时也没有器件饱和特性，还会出现短沟道效应。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，实现缩小器件尺寸的同时克服短沟道效应，本实用新型提供一种源漏轻掺杂异质栅石墨烯纳米条带场效应管。

技术方案：本实用新型提供一种源漏轻掺杂异质栅石墨烯纳米条带场效应管，包括源区、漏区、沟道、栅氧化层及双栅极；栅极包括靠近源区、漏区的栅极两端和栅极中间，栅极两端金属的功函数低于栅极中间金属的功函数；所述沟道为石墨烯纳米管，石墨烯纳米管位于源区和漏区之间，源区包括源极N型重掺杂区和源扩展区，源扩展区靠近石墨烯纳米管，源极N型重掺杂区远离石墨烯纳米管，漏区包括漏极N型重掺杂区和漏扩展区，漏扩展区靠近石墨烯纳米管，漏极N型重掺杂区远离石墨烯纳米管，源扩展区与漏扩展区均为N型轻掺杂；栅氧化层位于石墨烯纳米管两侧，双栅极位于栅氧化层外侧。

进一步的，所述石墨烯纳米管的手性指数为13。

进一步的，所述双栅极包括关于沟道对称的两个子栅极，两个子栅极由同种电介质材料填充。

进一步的，源扩展区的长度与漏扩展区的长度相等。

进一步的，漏区、源区及栅极的长度均为20nm。

进一步的，源极N型重掺杂区、源扩展区、漏极N型重掺杂区和漏扩展区在沟道方向上的厚度均相等。

进一步的，源极N型重掺杂区及漏极N型重掺杂区的掺杂浓度为9×10^-4dopant/atom，源扩展区及漏扩展区的掺杂浓度为2.5×10^-5dopant/atom。

进一步的，栅极氧化层介质的介电常数ε＝3.8。

进一步的，栅极两端金属的功函数为4.33，栅极中间金属的功函数为4.65。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型提供的一种源漏轻掺杂异质栅石墨烯纳米条带场效应管，具有以下优点：

本实用新型从栅工程的角度，提出了一种适用于改善器件性能的优化掺杂结构，并基于非平衡格林函数的方法，对比分析了不同掺杂结构的石墨烯纳米条带场效应管的电学特性，如I-V电流特性、亚阈值特性和尺寸缩小等电学特性，结果表明，采用源漏轻掺杂异质栅石墨烯场效应管相比其他掺杂结构具有更大的阈值电压、更低的关态电流、更好的开关特性、更好的高频特性，表明该器件能更好的抑制DIBL效应，更低的亚阈区栅压摆幅，说明该器件拥有更优的栅控能力，能更好的抑制短沟道效应，轻掺杂结构的引入，使得器件抑制热载流子效应的能力也增强。在较低的工作电压下，能够获得较大的驱动电流，并有望在数字电路中获得应用。