碳纳米管场效应管及其应用电路的建模分析

论文摘要

随着集成电路制造工艺进入到后45nm时代,基于体硅工艺的电子器件已经开始逼近其物理极限,微电子技术开始向纳电子技术转变。在众多的下一代集成电路制造新材料当中,碳纳米管以其优良的电学性质而被誉为最有希望取代硅材料的基础材料之一。研究基于碳纳米管材料的电子器件及其电路的工作原理,以及对它们进行性能分析,成为当前世界上一个前沿热点。本文以纳米电子学的基本理论为基础,建立了碳纳米管场效应管理论分析模型,并对它及其应用电路进行了性能分析。模型从碳纳米管材料的电学性质出发,根据类MOSFET型碳纳米管场效应管和肖特基势垒型碳纳米管场效应管的不同输运行为,为它们分别了建立直流工作模型,用以分析各自的直流特性。同时,模型中还讨论了顶栅结构的碳纳米管场效应的栅电容的组成和计算方法。然后,本文对类MOSFET型的碳纳米管场效应的模型进行了模拟计算,并对结果进行了分析和说明。模拟的结果表明模型能够定性地解释碳纳米管场效应管的工作行为,对定性的电路分析具有一定的指导意义。此外,本文还对影响碳纳米管器件及其应用电路的参数进行了分析,并以振荡器电路为基础阐述了寄生电容对电路性能的严重影响。最后,本文指出了模型的进一步细化和优化的工作方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 课题的相关研究现状
• 1.3 论文的主要工作和创新
• 1.4 论文的结构
• 第二章 纳米电子器件和碳纳米管材料概述
• 2.1 纳米电子器件介绍
• 2.1.1 传统集成电路进一步小型化的技术障碍
• 2.1.2 纳米电子器件的新特性
• 2.1.3 纳米电子器件的分类
• 2.2 碳纳米管的基本性质
• 2.2.1 碳纳米管概述
• 2.2.2 碳纳米管的晶格结构和电学性质
• 2.3 小结
• 第三章 碳纳米管场效应管的建模与分析
• 3.1 CNFET的基本实现和应用
• 3.1.1 CNFET的实现方案
• 3.1.2 基于CNFET的逻辑电路
• 3.2 MOS-CNFET的电路建模
• 3.2.1 MOS-CNFET的基本电路模型结构
• 3.2.2 MOS-CNFET的DC性质
• 3.2.3 MOS-CNFET的栅极电容
• 3.2.4 全电路模型的分析与结论
• 3.3 SB-CNFET的电路建模
• 3.3.1 SB-CNFET的基本电路模型结构
• 3.3.2 SB-CNFET的DC性质
• 3.4 模拟结果及其分析
• 3.4.1 计算结果及分析
• 3.4.2 结论
• 3.5 小结
• 第四章 CNFET在电路中的应用及性能分析
• 4.1 振荡器电路的基本结构
• 4.1.1 反相器电路的电路结构
• 4.1.2 振荡器电路的电路结构
• 4.2 CNFET器件的性能分析
• 4.2.1 CNFET器件的理论性能
• 4.2.2 CNFET器件的实际性能
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.3 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果