[論文レビュー] The next generation of FETs: CNTFETs

Roberto Marani, Anna Gina Perri|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2015

Low-power high-performance VLSI design参考文献 21被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、回路シミュレータへのシームレスな統合を目的とした、コンactで物理的に正確なカーボンナノチューブフィールド効果トランジスタ（CNTFET）のモデルを2つ提示する。これらのモデルは、簡略化されたがきめ細やかな定式化を用いることで、CNTFETの動作を正確に捉え、アナログおよびデジタル回路設計を効率的に行うことを可能にし、次世代ナノエレクトロニクスデバイスへの実用的道筋を提供する。

ABSTRACT

In this paper we present an exhaustive description of the basic types of CNTFETs. In particular we review two models, already proposed by us, which allow an easy implementation in circuit simulators, both in analog and in digital applications.

研究の動機と目的

• 標準の回路シミュレータで使用可能な、コンパクトで物理的根拠を持つCNTFETモデルの開発を目的とする。
• 既存の電子設計自動化（EDA）ワークフローへのCNTFETの統合という課題に対処することを目的とする。
• 簡略化されたが予測可能なCNTFETモデルを用いて、アナログおよびデジタル応用の正確なシミュレーションを可能にすることを目的とする。
• 将来のナノスケールトランジスタ技術のためのスケーラブルで計算的に効率的なモデリングフレームワークを提供することを目的とする。
• 実装可能なモデルを提供することで、理論的CNTFET物理学と実用的回路設計のギャップを埋めることを目的とする。

提案手法

• 物理的原則と確認済みのデバイス特性に基づいて、CNTFET用に2つの新規コンパクトモデルを提案する。
• カーボンナノチューブ内の基本的輸送メカニズムから導かれた解析的式を用いてモデルを定式化する。
• パrameterizationと簡略化を通じて、SPICEに類似した回路シミュレータとの互換性を確保する。
• シミュレートされたI-V特性と期待される物理的挙動を比較することで、モデルの正確さを検証する。
• さまざまなCNTFET幾何形状およびキラリティータイプに対応できるように、パラメータ設定が容易で柔軟な設計を実現する。
• アナログ回路におけるDCおよびAC解析、およびデジタル回路における論理演算をサポートできるようにモデルを実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準の回路シミュレーションツールと互換性を保ちつつ、十分な正確さでCNTFETをモデル化する方法は何か？
• RQ2 信頼性のあるアナログおよびデジタル回路性能を確保するため、コンパクトなCNTFETモデルが捉えなければならない主要な物理的パラメータは何か？
• RQ3 簡略化された解析的式は、カーボンナノチューブ内の複雑な輸送挙動を正確に表現できるか？
• RQ4 計算効率およびシミュレーション忠実度の観点から、既存のCNTFETモデルと比較して、提案モデルはどのように異なるか？
• RQ5 これらのモデルを商業用EDA環境に統合し、実用的な設計ワークフローで使用することが可能か？

主な発見

• 提案されたCNTFETモデルは、カーボンナノチューブトランジスタの主要なI-V特性を高い正確さで再現している。
• モデルは標準の回路シミュレータと完全に互換性があり、アナログおよびデジタル設計プロセスへの直接的な使用が可能である。
• コンパクトな定式化により、物理的妥当性や予測能力を損なわず、高速なシミュレーションが可能である。
• さまざまなデバイスパラメータにおいてモデルの妥当性が検証され、強固さとスケーラビリティが示された。
• 金属的および半導体的CNTFET構成を両方サポートする実装により、多様性が向上した。
• この手法により、CNTFETベースの回路の効率的な設計探索が可能となり、CNTFETが次世代エレクトロニクスの実現可能性のある候補であることが位置づけられた。