نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• حسن رسولی سقای ¹
• رضا عباس نژاد ²
• سیدرضا حسینی ³
• علی اصغر صدقی ⁴
• علی واحدی ⁵

¹ دانشگاه آزاد اسلامی تبریز

² Department of Electrical Engineering, Shabestar Branch, Islamic Azad University, Shabestar, Iran

³ دانشگاه آزاد اسلامی خوی

⁴ دانشگاه آزاد اسلامی شبستر

⁵ دانشگاه ازاد اسلامی تبریز

چکیده

در این مقاله، ما یک نوع جدیدی از ترانزیستور اثر میدانی نانوصفحه با گیت همه جانبه (GAA NS FET) را با عنوان سیم دوتایی (DW) معرفی می‌کنیم که اتصالات ناهمگون سورس و کانال‌های کرنش را ادغام می‌کند. ما خواص الکتریکی آن را در دماهای مختلف(300کلوین) ، (400کلوین) و(500کلوین) ارزیابی می کنیم و آنها را با ترانزیستور نانوصفحه ناهمگون دوسیم باگیت همه جانبه (Heterojunction DW GAA NS FET) و ترانزیستور نانوصفحه معمولی باگیت همه جانبه (Conventional DW GAA NS FET) مقایسه می کنیم. تحقیقات ما شامل اثرات کنترل الکترواستاتیکی بر روی پارامترهای DC و آنالوگ، از جمله ظرفیت گیت (Cgg)، رسانایی (Gm) و فرکانس قطع (FT) برای هر دو نوع قطعه است. ناحیه کانال در ساختارهای ما دارای ژرمانیوم-سیلیکون (SiGe) (Si/Ge/Si) هستند و معرفی کرنش و ساختار ناهمگونی به طور قابل توجهی عملکرد دستگاه را افزایش می‌دهد. برای تجزیه و تحلیل دقیق قطعه نیمه هادی، معادله گرادیان چگالی (DG) را به طور خودسازگار حل می کنیم، با استفاده از معادله شاکلی-رید-هال (SRH) برای تخمین تولید حامل، با در نظر گرفتن باریک شدگی گاف انرژی در رفتار انتقال و محاسبه بازترکیب از مدل آگور استفاده می کنیم. علاوه بر این، در دماهای (300کلوین) ، (400کلوین) و(500کلوین)، Heterojunction DW GAA NS FET در مقایسه با DW GAA NS FET معمولی، بهبود قابل توجهی در جریان حالت روشن و جریان حالت خاموش نشان می دهد. به طور کلی، نتایج ما بهبود قابل‌توجهی را در جریان درین، رسانایی و فرکانس افزایش واحد نشان می‌دهد که به ترتیب در دماهای مختلف، در حدود 34، 9.5 و 30 درصد افزایش یافته است. این بهبود به عملکرد برتر فرکانس بالا برای Heterojunction DW GAA NS FET در مقایسه با DW GAA NS FET معمولی تبدیل می شود.

کلیدواژه‌ها

• ترانزیستور نانوصفحه ناهمگون دوسیم باگیت همه جانبه و ترانزیستور نانوصفحه معمولی باگیت همه جانبه
• گرادیان چگالی
• فرکانس بالا / آنالوگ
• حالت روشن و حالت خاموش

موضوعات

• نیمه‌هادی‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and Performance Analysis of Heterojunction Dual Wire Gate All Around Nanosheet Field Effect Transistor

نویسندگان [English]

• Hassan Rasooli saghai ¹
• Reza Abbasnezhad ²
• Reza hosseini ³
• Aliasghar Sedghi ⁴
• Ali Vahedi ⁵

¹ azad university tabriz branch

² Department of Electrical Engineering, Shabestar Branch, Islamic Azad University, Shabestar, Iran

³ Department of Electrical Engineering, Kohy Branch, Islamic Azad University, khoy, Iran

⁴ Department of Electrical Engineering, Shabestar Branch, Islamic Azad University, Shabestar, Iran

⁵ Department of Electrical Engineering, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran

چکیده [English]

In this paper, we introduce a new variation of the Gate All Around Nanosheet Field Effect Transistor (GAA NS FET) as Dual Wire (DW), which integrates source heterojunctions and strained channels. We assess its electrical properties across different temperatures (300K, 400K, and 500K) and compare them to the Heterojunction DW Gate All Around Nanosheet Field Effect Transistor (Heterojunction DW GAA NS FET) and the Conventional DW Gate All Around Nanosheet Field Effect Transistor (Conventional DW GAA NS FET). Our investigation encompasses electrostatic control effects on DC and analog parameters, including gate capacitance (Cgg), transconductance (Gm), and cut-off frequency (FT) for all three device types. The channel regions in our structures feature Silicon Germanium (SiGe) (Si/Ge/Si), and the introduction of strain and a heterojunction structure notably enhances device performance. To analyze the semiconductor device accurately, we solve the Density Gradient (DG) equation self-consistently, utilizing the Shockley-Read-Hall (SRH) equation to estimate carrier generation, considering bandgap narrowing in transport behavior, and accounting for auger recombination. Additionally, at temperatures of 300K, 400K, and 500K, the Heterojunction DW GAA NS FET exhibits substantial improvement in Ion and Ioff compared to the Conventional DW GAA NS FET. Overall, our results show a notable improvement in drain current, transconductance, and unity-gain frequency, with enhancements of around 34%, 9.5%, and 30%, respectively, observed across different temperatures. This improvement translates into superior RF performance for the Heterojunction DW GAA NS FET when compared to the conventional DW GAA NS FET.

کلیدواژه‌ها [English]

• Nanosheet
• Heterojunction DW GAA NS FET and Conventional DW GAA NS FET
• Density Gradient
• RF/Analog
• On-state and Off-state