- Hình 1.15 g, h: Sự kết tinh lại xâm thực ảnh TEM của sản phẩm ( các cột
b + Là toán tử phonon tạo thành và mất đ i q
5.1.1 Ảnh hưởng của thế Vd.
Đặc trưng dòng Id – Vgs làdạng Parapol tăng dần như mô tả ở hình 5.1. Đặc tuyến Id – Vgs tương tự với đặc tuyến của MOSFET thông thường, dòng nguồn máng được đo ở mức microAmpe.
Kết quả mô phỏng hình 5.1 cho ta thấy mặc dù Vds= 5V, Vgs tăng từ 0 đến khoảng 0.15 V thì dòng điện Id = 0. Khi Vgs ≈ 0.2 V dòng điện Id tương đối nhỏ nhưng khi điện thế Vgs> 0.2 V thì dòng Id tăng nhanh cùng với điện thế Vgs.
A=i*(G-G+);
Tr(k)=real(trace(gam2*G*gam1*G+)); % hàm truyền Trace
Từ hàm truyền T(E) thực hiện tính dòng I bằng lệnh
dE f f Tr sum I i I()= 0* ( .*( 1− 2))* Cuối cùng thực hiện vẽ đồ thị. CHƯƠNG 5
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN
5.1. Xét ảnh hưởng của đặc tuyến dòng Id – Vgs ở Ballistic và tán xạ phonon
Khi khảo sát thế Vd ta cho biến thiên từ 0 – 0.8V. Mức họat động theo một số bài báo là 0.6V, ở đây, ta xét kênh FET n do đó điện thế dương. Chương này tác giả sẽ khảo sát ảnh hưởng của quá trình tán xạ phonon lên đặc trưng của CNTFET loại đồng trục sử dụng ống CNT zigzag (16,0).
5.1.1 Ảnh hưởng của thế Vd.
Đặc trưng dòng Id – Vgs làdạng Parapol tăng dần như mô tả ở hình 5.1. Đặc tuyến Id – Vgs tương tự với đặc tuyến của MOSFET thông thường, dòng nguồn máng được đo ở mức microAmpe.
Kết quả mô phỏng hình 5.1 cho ta thấy mặc dù Vds= 5V, Vgs tăng từ 0 đến khoảng 0.15 V thì dòng điện Id = 0. Khi Vgs ≈ 0.2 V dòng điện Id tương đối nhỏ nhưng khi điện thế Vgs> 0.2 V thì dòng Id tăng nhanh cùng với điện thế Vgs.
Hình 5.1 – Đặc tuyến dòng Id – VGS khi Ballistic với thế Vd = 0.2V, VGS = 0.5V, ở nhiệt độ 300oK.
+ Khi Vgs ≈ 0.2 V làm dịch chuyển các mức nămg lượng của vùng dẫn kênh dẫn CNT giao với vùng giới hạn hai mức năng lượng Fermi µ1 và µ2 nhưng số lượng mức năng lượng trong vùng dẫn vào vùng giới hạn thấp.
+ Khi Vgs > 0.2 V, làm tăng số mức trong vùng dẫn vào vùng giới hạn của hai mức năng lượng Fermi µ1 và µ2.
Hình 5.3 - Đặc tuyến dòng Id – VGS khi Ballistic ứng với thế Vd =0.1V, Vd
=0.2V, Vd =0.5V ở nhiệt độ 3000K.
Dựa vào đồ thị hình 5.3 ta thấy khi tăng điện thế Vd thì dòng Id cũng tăng theo. d V=0.5V d V =0.5V d V =0.2V d V =0.2V
Hình 5.4 – Đặc tuyến dòng Id – VGS khi Ballistic với thế Vd = 0.2 V, VGS = 0.5 V, ở nhiệt độ 300oK, được chia làm 3 vùng.
Dựa vào các kết quả mô phỏng, ta thấy rõ ràng Vd tăng lên thì dòng Id tăng. Dòng máng Id – VGS của CNTFET đồng trục được mô tả như sau:
Tại vùng A: VGS<Vngat Id=0V vì mức năng luợng của vùng dẫn của kênh dẫn CNT nằm ngoài giới hạn mức năng lượng Fermi của tiếp xúc cực nguồn µ1 và cực cổng µ2 do đó không có dòng điện Id.
Tại vùng B: VGS >Vngat và Vgs−Vds≤Vngat ta có biểu thức như sau:
2) ) ( 2 GS ngat D V V I =δ − ( 5.1 ) ox nC L W µ δ = ( 5.2 ) A B C
Với: δ là độ dẫn của kênh, µn là độ linh động của các phần tử, Coxlà tụ cổng.
Tại vùng C VGS >Vngat và Vgs−Vds>Vngat ta có biểu thức như sau:
DSDS DS ngat GS D V V V V I ) 2 ( − − =δ ( 5.3 )
Bây giờ ta xét ảnh hưởng của quá trình tán xạ phonon đến dòng Id - Vgs
Hình 5.5 a Đặc tuyến dòng Id – VGS vớiVgs=0.5 V , Vd =0.3 V ở nhiệt độ 3000K. l=20 nm, d = 1.5 nm.
- Đường đồ thị mầu đỏ là Ballistic
Hình 5.5 b: Vùng bắt đầu có tán xạ khi Vgs tăng đến ≈0.4 V
Giải thích kết quả: công thức (3.38) như sau 4 ( ) ( ) ( ) 2 F F S D e dE I T E f E E f E E π +∞ −∞ = h ∫ − − −
Hình 5.5 ở thế thiên áp cổng vừa phải (Vg ≤ 0.5 V). Tán Xạ Phonon ảnh hưởng ít đến dòng máng cụ thể khi Vg = 0.5 V dòng giảm xuống 10% ( kết quả của tác giả Siyuranga O. Koswatta là 9% [19]). Điều này được giải thích chủ yếu là do tán xạ AP gây ra. Ở mức thiên áp cổng vừa phải thì quá trình tán xạ OP năng lượng cao không ảnh hưởng nhiều tới dòng trong linh kiện. Trong điều kiện thiên áp như vậy, sự chênh lệch về năng lượng giữa mức Fermi nguồn và vùng trên cùng của rào nhỏ hơn nhiều so với năng lượng OP. Do đó, phần lớn các phân tử mang dương (di chuyển từ cực nguồn đến cực máng) trong vùng kênh dẫn không bị ảnh hưởng bởi tán xạ OP năng lượng cao trừ phần chia nhỏ ở cuối vùng năng lượng cao trong phân bố Fermi ở vùng nguồn.
Vùng bắt đầu có tán xạ
Tại thế thiên áp cổng lớn sự giảm dòng do hiệu ứng tán xạ OP có ảnh hưởng mạnh hơn làm giảm dòng xuống đến gần 13% (kết quả của tác giả Siyuranga O. Koswatta là 16% [19]) so với ballistic tại Vgs = 0.7V
Ở giới hạn lý tưởng (ballistic), các phần tử mang đi từ vùng nguồn tới vùng máng mà không bị mất năng lượng trong vùng linh kiện. Ở đó tồn tại một mật độ dòng xác định phía dưới vùng dẫn (Ec) do quá trình xuyên hầm lượng tử. Khi có tán xạ phonon (OP) thì những phần tử mang ở gần cuối vùng máng trở về các trạng thái năng lượng thấp bằng cách giải phóng ra các phonon.
Mặt khác khi các phân tử mang này đến cuối vùng máng, ở đó có những trạng thái trống bên dưới mà chúng có thể phân bố vào. Tuy vậy, sau khi giải phóng một OP năng lượng cao thì các phần tử này không có đủ năng lượng để phủ hết rào kênh và trở lại vùng nguồn.Vì thế, hiệu ứng tán xạ OP năng lượng cao xuất hiện khi có dòng trên linh kiện bị triệt tiêu cho đến khi tán xạ xuất hiện trở lại ở những thế thiên áp lớn.
Hình 5.7: Phổ năng lượng – Position vùng hóa trị được mở rộng ra của CNTFET ở Vgs = Vds =0.5V
- (a) là ở trạng thái Ballistic