[論文レビュー] Simulation of Schottky-Barrier Phosphorene Transistors

Runlai Wan, Xi Cao+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2014

2D Materials and Applications参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、非平衡グリーン関数形式を用いてショットキー・バリア・ホウルレンフィールド効果トランジスタをシミュレートし、薄いゲートオキサイドが特に厚いホウルレンフィール層で強いアンビポーラ漏れ電流を引き起こすことを明らかにした。主な発見は、モノレイヤーまたはバイレイヤーのホウルレンフィールが漏れ電流を効果的に抑制し、高いオン電流を実現できることであり、その性能は、異方性輸送特性に起因する結晶方位に強く依存する。

ABSTRACT

Schottky barrier field-effect transistors (SBFETs) based on few and mono layer phosphorene are simulated by the non-equilibrium Green's function formalism. It is shown that scaling down the gate oxide thickness results in pronounced ambipolar I-V characteristics and significant increase of the minimal leakage current. The problem of leakage is especially severe when the gate insulator is thin and the number of layer is large, but can be effectively suppressed by reducing phosphorene to mono or bilayer. Different from two-dimensional graphene and layered dichalcogenide materials, both the ON-current of the phosphorene SBFETs and the metal-semiconductor contact resistance between metal and phosphorene strongly depend on the transport crystalline direction.

研究の動機と目的

• 少数層および単層ホウルレンフィールを基盤とするショットキー・バリア・フィールド効果トランジスタ（SBFET）の性能限界を調査すること。
• ゲート酸化膜の厚さおよびホウルレンフィール層数が漏れ電流およびアンビポーラ行動に与える影響を分析すること。
• 結晶方位がホウルレンフィール SBFET のオン電流および接触抵抗を決定づける役割を評価すること。
• 漏れ電流および異方性の観点から、ホウルレンフィール SBFET をグラフェンおよび遷移金属ジカルコイドデバイスと比較すること。

提案手法

• 電子輸送をモデル化するために、非平衡グリーン関数（NEGF）形式が用いられた。
• ゲート酸化膜の厚さを変化させた少数層および単層ホウルレンフィールのシミュレーションが実施された。
• 金属–ホウルレンフィール界面におけるショットキー・バリアの形成をモデルに組み込んだ。
• ホウルレンフィールの層状結晶構造に基づき、異方性バンド構造および輸送特性が組み込まれた。
• アンビポーラ行動を評価するために、ソース–ドレインおよびゲート構成の両方で電流–電圧（I–V）特性が計算された。
• 結晶方位に応じた金属とホウルレンフィール間の接触抵抗が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゲート酸化膜の厚さは、ホウルレンフィール SBFET の漏れ電流およびアンビポーラ行動にどのように影響するか？
• RQ2 ホウルレンフィール層数の変化が最小漏れ電流およびオン電流に与える影響は何か？
• RQ3 結晶方位は、ホウルレンフィール SBFET のオン電流および金属–半導体接触抵抗にどのように影響するか？
• RQ4 漏れ電流および異方性の観点から、ホウルレンフィール SBFET はグラフェンおよびジカルコイド系 SBFET とどのように比較できるか？

主な発見

• ゲート酸化膜の厚さを小さくすると、漏れ電流が顕著に増加し、顕著なアンビポーラ I–V 特性が現れる。
• 厚いホウルレンフィール層（多層）では、ゲート酸化膜が薄いと深刻な漏れ電流が生じ、デバイス性能が制限される。
• モノレイヤーおよびバイレイヤーのホウルレンフィールは、薄い酸化膜でも漏れ電流を効果的に抑制し、高いオン電流を維持する。
• ホウルレンフィール SBFET のオン電流は、結晶方位に沿った輸送方向に強く依存する。
• 金属–ホウルレンフィール接触抵抗も結晶方位に応じて顕著に変化し、全体のデバイス効率に影響を与える。
• ホウルレンフィール SBFET は、グラフェンやジカルコイド系デバイスと比較して、電流および接触抵抗の両方においてより強い異方性を示す。