Đối với thế cổng nguồn VGS = 0, CNTFET bị cấm và khơng cĩ dịng chảy giữa nguồn và máng (IDS = 0). Kiểu hoạt động này được gọi là kiểu ngắt (cutoff). Nếu thế cổng nguồn tăng đến giá trị lớn hơn thế ngưỡng (VT), ống nano cacbon dẫn điện nối cực nguồn và máng. CNTFET bây giờ trong kiểu hoạt động. Phụ thuộc vào giá trị tương đối của thế nguồn máng, VDS tương
ứng với (VGS-VT) hai đặc trưng dịng rõ rệt cĩ thểđược phân biệt. Khi VDS < (VGS – VT), CNTFET hoạt động trong vùng tuyến tính hay kiểu khơng bão hịa, vì dịng máng ID tăng với sự tăng của thế máng nguồn, VDS. Khi thế
máng nguồn VDS > (VGS – VT), CNTFET dịng máng ID giữ khơng đổi khi thế máng nguồn, VDS tăng. Hiệu ứng này được gọi là bão hịa và CNTFET làm việc trong kiểu bão hịa. Thế ngưỡng VT chịu sự chi phối của hàm truyền
T(E) (xem cơng thức tính hàm truyền và dịng máng ở (3.29) và (3.30)). Thực chất, hàm truyền là ma trận cộng dồn liên tục theo E ứng với sự chênh lệch hai mức Fermi tại vùng nguồn và máng. Khi điện áp Vds áp vào tăng dần lúc nào đĩ thì hai mức cân bằng, dịng Ids sẽ bão hịa.
Đặc trưng I-V trong 2D của CNTFET được trình bày trên hình 5.3. Dịng bão hịa tại VGS ∼ 0.2 V lớn hơn 20 μA. Kết quả thực nghiệm (hình 5.4) thu được gần đây xấp xỉ với đặc trưng mơ phỏng [23].
Vật liệu làm nguồn-máng thường được tác giả chọn để mơ phỏng là các kim loại như Au, Pt và Pd. Đây là những kim loại được dùng phổ biến trong quá trình chế tạo CNTFET. Kim loại vàng (Au) được sử dụng phổ biến do tính chất khĩ bị oxy hĩa của nĩ nên cĩ thể tiếp xúc tốt với kênh dẫn [11, 30, 31].
Hình 5.3 Đặc trưng Id – Vds của CNTFET phẳng với cấu trúc CNTFET zigzag (19,0) (d ∼ 1.5 nm) với chiều dài CNT là L = 80 nm,cổng oxit cĩ độ dày 8 nm và Vg = 0.2 V.
Hình 5.4 Ảnh AFM và sơ đồ mặt cắt ngang của CNT n-FET. SWNT (d∼ 1.5 nm) cĩ chiều dài kênh LS/D _150 nm giữa hai cực nguồn/máng Pd. Lớp điện mơi cổng HfO2 dày tOX = 8 nm. Đặc trưng dịng máng của CNTFET phẳng
Cấu trúc mạng phân tử của 3 loại Au, Pd, Pt dùng trong chương trình mơ phỏng ở dạng: Au (1 0 0), Pt (1 0 0) và Pd (1 0 0). Cấu trúc mạng quy
định độ cao chênh lệch rào thế Schottky và tỉ lệ nghịch với số lượng điện tử
vượt qua rào theo thứ tự Au > Pt > Pd. Quan sát trên đồ thị (hình 5.5) với cùng các thơng số khác, rõ ràng dịng Id của vật liệu Au là thấp nhất ∼ 4.8 µA, của Pt là ∼ 11.5 µA, và của Pd là khoảng 17 µA ứng với ba mức rào lần lượt là 0.42eV, 0.29eV và 0.15eV.
Hình 5.5 Các đường đặc trưng Id – Vds của CNTFET phẳng (19,0) với vật liệu nguồn/máng khác nhau. Đường kính ống nanơ d ∼ 1.5 nm. Vật liệu cổng là HfO2 (Κ = 16) dày 8 nm.
Khi chưa xét ảnh hưởng của nhiệt độ, ta thường chọn nhiệt độ phịng 3000K. CNTFET zigzag kênh n được tác giả chọn để mơ phỏng với Vgs > 0.
Điện thế áp phân cực nguồn- máng Vds chọn mơ phỏng sẽ là nhỏ khoảng 0V-0.8V [3], [14]. Đường kính của ống CNT đơn tường nằm trong khoảng từ 1nm-3nm [33].
¾ Biểu thức giải tích của CNTFET phẳng
Hình 5.6 Các đường đặc trưng Id – Vds của CNTFET phẳng với cấu trúc như
trên khi thế cổng Vg biến thiên 0.1V – 0.6V.
Đường cong thế nguồn (hình 5.6) cĩ thể được chia làm hai vùng: tuyến tính và bão hịa. Dịng máng trong vùng tuyến tính của CNTFET cĩ thể được mơ tả như sau:
] 2 ) [( 2 ds ds T gs ox d V V V V C I =μ − − (5.1) hay ( ) [ 2] 2 gs T ds ds n d K V V V V I = − − (5.2)
Ở đây Kn là độ dẫn của CNTFET, μ là độ linh động của các phần tử
mang, Cox là tụ cổng.
Ta cĩ thể nhận được dịng máng bão hịa của CNTFET bằng thay thế
máng nguồn bằng Vds(sat) = Vgs – VT. Khi đĩ biểu thức dịng bão hịa của CNTFET cĩ thểđược viết: ( )2 ) (sat n gs T d K V V I = − (5.3)