[論文レビュー] Graphene Nanotechnology for the Next Generation Nonvolatile Memory

Md. Nahid Hossain, Masud H. Chowdhury|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2013

Graphene research and applications参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、グラフェンナノリボンフィールド効果トランジスタ（GNRFET）と高捕集容量酸化膜を組み合わせた非揮発性メモリ設計を提案する。グラフェンの優れた電子的特性を活用し、超高密度メモリ用途に適している。研究では、GNRFETがカーボンナノチューブFET（CNTFET）よりもリテンション性能およびスケーラビリティに優れることを示しており、グラフェンナノテクノロジーがシリコンの限界を超える次世代非揮発性メモリの有力候補であると位置づけている。

ABSTRACT

As conventional silicon technology is approaching its fundamental material and physical limits with continuous scaling, there is a growing push to look for new platform to design memory circuits for nanoelectronic applications. In this paper we explore new design concept of nonvolatile memory based on graphene nanotechnology. The investigation focuses on two forms of graphene based field effect transistor (FET) carbon nanotube FET (CNTFET) and graphene nanoribbon FET (GNRFET). The analysis reveals that GNRFET with a high trapping capable oxide layer is suitable for ultra high ensity nonvolatile memory.

研究の動機と目的

• 従来のシリコンベースメモリのスケーリングにおける物理的・材料的限界に取り組むため、代替ナノ材料プラットフォームを検討すること。
• グラフェンベースのフィールド効果トランジスタ（FET）が非揮発性メモリ用途に適しているかを調査すること。
• GNRFETとCNTFETのアーキテクチャを、メモリ性能およびスケーラビリティの観点から比較すること。
• 超高密度非揮発性メモリに最適なグラフェンベース構造を特定すること。
• 高捕集容量酸化膜がメモリリテンションおよび安定性を向上させる役割を評価すること。

提案手法

• 本研究では、2つのグラフェンベースFETアーキテクチャ（GNRFETおよびCNTFET）の理論的・シミュレーションベースの分析を実施する。
• 非揮発性動作のための電荷貯蔵を可能にするために、GNRFET構造に高捕集容量酸化膜を統合する。
• リテンション時間、しきい値電圧シフト、スケーラビリティといった主要指標に基づき、デバイス性能を評価する。
• 適用されたゲート電圧下におけるグラフェンナノリボンチャネルの静電的および輸送特性に焦点を当てる。
• GNRFETとCNTFETの間で比較シミュレーションを実施し、メモリ安定性および密度の可能性を評価する。
• 構造および電荷捕集の影響を明確にするために、理想化されたグラフェン特性および理想化された酸化膜界面を仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高捕集容量酸化膜を備えたグラフェンナノリボンFETは、非揮発性メモリに適した安定的で長期的な電荷貯蔵を実現できるか？
• RQ2 GNRFETのリテンションおよびスケーラビリティ性能は、CNTFETと比較してどのように異なるか？
• RQ3 高捕集容量酸化膜がメモリウインドウおよびデータリテンションを向上させる役割は何か？
• RQ4 グラフェンベースFETは、ナノスケール寸法におけるシリコンベースメモリの物理的限界を克服できるか？
• RQ5 GNRFETにおける構造的および材料的パrameterは、どのようにしてメモリ密度および信頼性を最大化できるか？

主な発見

• 高捕集容量酸化膜を備えたGNRFETは、CNTFETと比較して優れた電荷リテンションおよび安定性を示す。
• GNRFETアーキテクチャは、原子的に薄く一次元的な構造であるため、超高密度メモリ統合が可能である。
• 理論的分析により、GNRFETは10 nm未満のチャネル長でも顕著なメモリウインドウを維持できることを確認した。
• 高捕集容量酸化膜は、電荷漏れを効果的に低減し、時間経過に伴うデータリテンションを向上させる。
• GNRFETは、CNTFETと比較してより優れたスケーラビリティおよび静電的制御を示し、将来的なナノスケールメモリデバイスに適している。
• 本研究では、次世代非揮発性メモリとして、CNTFETよりもGNRFETがより実現可能性の高いプラットフォームであると結論づけた。