Hình 1.28 là phác thạo câu trúc toơng quát cụa moơt transistor trường có kích thước ở thang nanođmét trong luaơn án này. Các đieơn cực ký hieơu tương tự như
Hình 1.28: Phác thạo câu táo transistor trường có kích thước ở thang nanođmét
transistor trường có cực cửa cách ly (MOSFET) mà chúng ta đã biêt. Keđnh dăn là moơt phađn tử hay dađy phađn tử có mức naíng lượng phađn thành ba vùng rõ reơt.
• Vùng hóa trị, moêi mức naíng lượng đã bị hai đieơn tử chiêm choê (còn gĩi là vùng đaăy). Mức naíng lượng cao nhât trong vùng hóa trị viêt taĩt là HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) (Hình 1. 29).
• Vùng câm khođng chứa mức naíng lượng nào và có đoơ roơng đụ đeơ các hieơu ứng nhieơt và tác đoơng nhieêu khođng theơ làm đieơn tử deê dàng vượt qua.
• Vùng dăn ở tráng thái ban đaău chưa có đieơn tử chiêm neđn các mức naíng lượng còn trông (còn gĩi là vùng trông). Mức naíng lượng thâp nhât trong vùng dăn viêt taĩt là LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital).
Mức thê đieơn hóa cụa hai đieơn cực D và S tiêp xúc với keđnh phađn tử ở vào khoạng giữa cụa vùng câm. Cực coơng G cách đieơn với keđnh phađn tử baỉng moơt màng mỏng có haỉng sô đieơn mođi εr. Đeơ transistor hốt đoơng được caăn có thê nguoăn nuođi VDS và thê đieău khieơn ở coơng VGS. Khi cực S nôi đât thì ta có theơ viêt VDS = VD và VGS = VG.
Vaơt lieơu làm đê vừa có tính chât cách đieơn vừa là giá đỡ cho cạ câu trúc cụa transistor. Đê có theơ là tâm silicon wafer giông như trong cođng ngheơ vi đieơn tử
Hình 1.29: Phađn bô mức naíng lượng trong keđnh phađn tử và mức Fermi ở đieơn cực S và D
hieơn nay. Đieơn cực S và D thường được lựa chĩn baỉng vaơt lieơu Vàng (Au). Cũng có theơ chư caăn moơt sô hữu hán nguyeđn tử Vàng đóng vai trò tiêp xúc trung gian giữa keđnh phađn tử với đieơn cực D và S. Vàng khođng bị oxy hóa trong quá trình chê táo và deê dàng lieđn kêt với các vaơt lieơu khác nhau làm dađy nôi. Maịt khác, Vàng cũng deê dàng lieđn kêt đoăng hóa trị với các phađn tử khác nhau làm keđnh dăn. Vàng là kim lối quý hiêm, vì vaơy, haău hêt các cođng trình nghieđn cứu veă transistor phađn tử đeău lựa chĩn câu táo D và S là hai lớp nguyeđn tử Vàng làm lớp tiêp xúc giữa keđnh phađn tử với dađy nôi beđn ngoài [33]. Mức naíng lượng Fermi cụa Vàng là -9,50 eV. Trong linh kieơn transistor phađn tử, thê đieơn hóa (hàm cođng) cụa Vàng vào khoạng ~ - 5,3 eV [14].
Lớp đieơn mođi cách ly giữa keđnh phađn tử với cực coơng G thường là moơt màng mỏng SiO2 có haỉng sô đieơn mođi εr ≈ 4 [36]. Cođng ngheơ chê táo màng mỏng đieơn mođi Silicon Dioxide cỡ moơt vài lớp phađn tử đã từng được thực hieơn trong cođng ngheơ CMOS truyeăn thông.
Hình 1.30: Mođ hình keđnh phađn tử. a) Keđnh dăn đơn phađn tử [3]. b) Keđnh dăn dađy phađn tử
Những cođng trình nghieđn cứu veă transistor phađn tử trong những naím gaăn đađy đã tính toán tređn những mău cú theơ hơn veă vaơt lieơu và câu trúc cụa keđnh mà Hình 1.30 là moơt ví dú minh hĩa. Keđnh phađn tử có theơ goăm nhieău dađy song song nôi với hai đieơn cực (Hình 1.30a). Moêi dađy có theơ là moơt hay nhieău phađn tử nôi tiêp nhau. Keđnh phađn tử cũng có theơ là ông nanođ cacbon [28].