Е.А. ЗОТКИН Научный руководитель – Г.И. ЗЕБРЕВ, доцент Московский инженерно-физический институт (государственный университет) МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛОТНОСТИ НОСИТЕЛЕЙ КАК ФУНКЦИИ ЗАТВОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ ГРАФЕНОВОЙ НАНОЛЕНТЫ (ГНЛ) Проведены расчеты концентраций носителей в транзисторных структурах на основе графеновых нанолент как функции затворного напряжения, уровня Ферми, геометрических размеров, температуры. Показано, что для улучшения характеристик транзистора необходимо уменьшать толщину изолирующего окисла и ширину наноленты. Подвижность электронов и дырок в графене (моноатомный слой углерода) [1] может достигать очень высоких значений (до 2104 см2/B c), что позволяет рассматривать его как перспективный материал для будущей электроники. К сожалению, использование графена в качестве канала для полевого транзистора затруднено отсутствием запрещенной зоны в протяженных графеновых структурах. Создание запрещенной зоны в графене становится возможным при использовании узких (< 10…15 нм) полосок графена (графеновых нанолент, ГНЛ), энергетическая щель (зависящая от ширины ГНЛ) в спектре которых открывается за счет эффекта поперечного квантования. Полная двумерная плотность носителей в графене в узкой ГНЛ разбивается на сумму плотностей носителей в одномерных подзонах, одномерная плотность состояний в которых дается формулой n ε = 4 π v 1 ε 2 2 n 2 . (1) g GNR 0 Соответственно, плотность носителей на единицу длины ГНЛ в каждой из подзон выражается формулами (v0 108 см/c – скорость носителей в графене, - полуширина энергетической щели, возникающей в результате поперечного квантования в графене) [2] 4kT n1D F = πv0 S n , n>0 F , S n, F = n 1/ 2 u u 2 n kT 2 du . (2) kT 1+ exp u ε F / kT При увеличении ширины наноленты сумма одномерных плотностей в ГНЛ вырождается в плотность состояния двумерного протяженного графена (см. рис. 1) (3) nS =2F π 2 v02 Как и для двумерного графена [2], электростатика транзистора на графеновой наноленте определяется уравнением, следующим из уравнения Пуассона (Cox – емкость окисла на длину полоски ГНЛ) (4) eVG μ= μ + e2n1D μ Cox , Рис.1. Сравнение двумерной плотности состояний в протяженном графене по формуле (6) и суммы 1D плотностей состояний для ГНЛ (W= 50 нм) Рис.2. Расчетные зависимости концентрации носителей для толщины окисла 10 нм для разной ширины канала 100 нм (верхняя кривая) и 5 нм (нижняя кривая) Пересчитанные зависимости nS(VG) = n1D(VG)/W (см. рис. 2), демонстрируют, что управляемость тока канала с уменьшением ширины наноленты существенно возрастает, что является следствием увеличение ширины запрещенной области в ГНЛ. Таким образом, для создания транзисторных графеновых структур с высокими характеристиками, необходимо максимально уменьшать как толщину подзатворного изолирующего окисла (для уменьшения напряжения питания и повышения электростатического качества), так и ширину канала (для увеличения динамического диапазона токов транзистора). Цель данной работы состоит в обобщении диффузионно-дрейфовой модели вольтамперных характеристик графеновых транзисторов [4] на случай узких транзисторов на основе ГНЛ, обладающих более высокими характеристиками. Список литературы 1. K.S. Novoselov. A.K. Geim, et al., Science, vol. 306, pp. 666-669, 2004. 2. T. Fang et al., Appl. Phys. Lett. 91,092109 (2007) 3. G.I. Zebrev, “Graphene nanoelectronics: electrostatics and kinetics”, Proceedings of the SPIE, Volume 7025, pp. 70250M-70250M-9 (2008). 4. G.I. Zebrev, “Electrostatics and diffusion-drift transport in graphene field effect transistors”, MIEL 2008. 26th International Conference on Microelectronics 2008, pp. 159-162.