[发明专利]石墨烯隧穿场效应管量子隧穿系数和电流的确定方法

摘要

本发明属于集成电路半导体技术领域，具体为一种石墨烯隧穿场效应管量子隧穿系数和电流的确定方法。本发明通过对隧穿场效应器件的隧穿系数进行建模，通过隧穿系数与电荷通量乘积积分得到齐纳击穿电流解析表达式。该电流表达式形式简洁、物理概念清晰，为电路模拟软件在研究石墨烯隧穿场效应管时提供一种快速电路仿真工具。本发明所涉及的隧穿场效应管，以横向隧穿为主要隧穿机制，可看做一个栅控的p+‑i‑n+结。仿真结果表明，该隧穿场效应管具有良好的亚阈值特性，最小亚阈值摆幅可以低至20 mV/dec，比传统MOSFET的最小亚阈值摆幅60 mV/dec还要小三倍，为此类隧穿器件的实际开发和应用提供了很好的应用基础。

主权项

1.一种石墨烯隧穿场效应管量子隧穿系数的计算方法，该器件通过量子隧穿实现载流子输运，其特征在于，考虑电子从源端的价带隧穿到沟道导带的能带图，电子隧穿通过矩形势垒到达沟道导带，势垒高度为V0，宽度为λ，它们都与施加栅压有关；以势垒的起点为原点建立坐标系；分别在x<0区域，0＜x＜λ区域，x＞λ区域，建立薛定谔方程：其中，为哈密顿量，ψ₁为x<0区域波函数，ψ₂为0＜x＜λ区域波函数，ψ₃为x＞λ区域的波函数，E为电子能量，为约化普朗克常数，v_F为石墨烯中电子的费米速度，约为9.7×10⁵m/s；V₀为势垒高度，λ为隧穿势垒宽度；求解以上三个薛定谔方程，得到波函数ψ1,ψ2以及ψ3，利用边界条件，即在x＝0和x＝λ处波函数以及它们的一阶导数连续，得到隧穿系数Ttunnel解析表达式为：