Các nghiên cứu ở trên đã cho thấy sự ảnh hưởng rất lớn độ dày thân linh kiện tới đặc tính hoạt động của TFET lưỡng cổng. Trong mục này, chúng ta sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của độ dày thân phụ thuộc vào vật liệu như thế nào? Hình 3.9 mô tả mối liên hệ của dòng mở và mật độ dòng mở khi thay đổi độ dày thân. Trong mô phỏng này, hai vật liệu bán dẫn được sử dụng là Ge và In0.53Ga0.47As. Dòng điện mở và mật động dòng điện mở của In0.53Ga0.47As lớn hơn nhiều so với Ge và Si. Ngoài ra, tại lân cận Tb = 7,5 nm, dòng mở của In0.53Ga0.47As đạt cực đại rất rõ. Trong khi Ge cũng có thể quan sát được nhưng không rõ ràng và đến Si thì không còn quan sát được cực đại này nữa.
Điều này được giải thích là do khối lượng hiệu dụng của electron và lỗ trống của In0.53Ga0.47As nhẹ hơn Ge, và đối với Si thì khối lượng này là nhẹ nhất.
Các mô phỏng trong nghiên cứu sử dụng ba vật liệu này vì chúng đều là các vật liệu bán dẫn thông dụng, Ge và In0.53Ga0.47As đều là vật liệu bán dẫn trực tiếp có vùng cấm thấp nên dòng mở sẽ lớn, dễ quan sát trong mô phỏng.
Ngoài ra, công nghệ chế tạo Ge và Si là tương đồng nhau. Chính vì vậy, In0.53Ga0.47As có dòng mở và mật độ dòng mở lớn hơn so với hai bán dẫn còn lại. Mặt khác, khi kể đến hiệu ứng giam giữ lượng tử thì dòng mở và mật độ dòng mở của In0.53Ga0.47As giảm đáng kể so với Ge và Si. Do In0.53Ga0.47As là là vật liệu bán dẫn có bán kính Borh lớn nhất so với Ge, và Si có bán kính Borh nhỏ nhất. Chính vì vậy mà khi Tb mỏng, hiệu ứng giam giữ lượng tử của In0.53Ga0.47As mạnh nhất, và của Si là yếu nhất. Minh chứng là vùng cực đại dòng điện mở của In0.53Ga0.47As và Ge đã bị triệt tiêu khi kể đến hiệu ứng giam giữ lượng tử.
Hình 3.10 (a) ảnh hưởng của độ rộng rào cản xuyên khi thay đội độ dày thân của In0.53Ga0.47As cấu trúc DG-TFET. Nhìn chung, sự ảnh hưởng này khá giống với Si nhưng có sự khác biệt. Ở độ dày thân Tb < 10 nm thì hiệu ứng giam giữ lượng tử của xảy ra rất mạnh ở vật liệu In0.53Ga0.47As. Mặt khác, khi chưa kể đến hiệu ứng giam giữ lượng tử, độ rộng rào cản xuyên hầm của vật liệu Si có sự tăng nhẹ khi Tb < 7,5 nm, trong khi đó In0.53Ga0.47As
thì không. Hình 3.10 (b) so sánh tốc độ xuyên hầm ở trạng thái mở của Si và In0.53Ga0.47As. Vùng màu đỏ là vùng cho tốc độ xuyên hầm lớn nhất của cả hai
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
3 6 9 12 15
Tunnel Barrier Width (nm)
Body Thickness (nm)
In0.53Ga0.47As DG-TFET (a)
Open: Without QCE Solid: With QCE
Distance to Source (nm)
0
5
Distance to Gate Insulator (nm)
-10 -5
DG-TFETs
10
0
Vgs – Vonset = Vds
HfO2
HfO2
Gate
Gate 0
5
10
5 10
29 28 27 26 25 24 23 22
BTBT Rate [Log (cm-3s-1)]
32 31 30 29 28 27 26 25 Si In0.53Ga0.47As
In0.53Ga0.47As Si (b)
Hình 3.10. (a) Sự phụ thuộc của độ rộng rào cản xuyên hầm vào độ dày thân của In0.53Ga0.47As DG-TFET; (b) Tốc độ xuyên hầm ở trạng thái mở của Si và
In0.53Ga0.47As DG-TFET khi xét đến QCE.
vật liệu. Đối với vật liệu In0.53Ga0.47As, hai vùng có tốc độ xuyên hầm lớn liên kết với nhau còn Si thì không. Cho nên diện tích xuyên hầm của In0.53Ga0.47As lớn hơn Si. Mặt khác, hàm mũ cho tốc tộ xuyên hầm của In0.53Ga0.47As là 1032 cm-3s-1 lớn hơn gấp 103 lần so với Si là 1029 cm-3s-1. Dẫn đến dòng mở của
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 10 20 30 40 50 60 70 80
On-Current (A/m)
Body Thickness (nm) In0.53Ga0.47As
DG-TFETs
(a)
k-value = 30
25
20
15 10
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 1 2 3 4 5
On-Current Density (mA/m2 )
Body Thickness (nm)
In0.53Ga0.47As DG-TFETs
(b)
k-value = 30
25 20
15 10
Hình 3.11. (a) Sự phụ thuộc của dòng mở và (b) mật độ dòng mở vào độ dày thân của In0.53Ga0.47As DG-TFET với các giá trị hằng số điện môi cổng khác
nhau.