4 MÔ PHỎNG LINH KIỆN GFETs
4.2.1Cấu trúc GFETs nghiên cứu
Cấu trúc GFETs trong nghiên cứu của chúng tôi gồm các thành phần cơ bản là các điện cực nguồn (S), điện cực máng (D) đặt tiếp xúc trên bề mặt kênh dẫn graphene, bên dưới là một lớp điện môi và bên trên là điện cực cổng (G) đặt giữa hai điện cực nguồn và máng. Như đã nói ở trên là chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình của cấu trúc GFETs theo đề
xuất thực nghiệm của nhóm Lei Liao, xem Hình 4.1 (bên trái). Dựa trên cơ sở cấu trúc của họ và qua phân tích của mình, chúng tôi cho rằng các đặc trưng truyền dẫn (volt-ampere) của linh kiện sẽ được quyết định bởi cách hành xử của các hạt tải điện trong vùng không gian được đánh dấu bởi hình chữ nhật màu đỏ trên Hình 4.1 bên trái. Trên phương diện tính toán, việc phân tích này có một ý nghĩa quan trọng giúp chúng tôi tập trung vào những yếu tố bản chất nhất của một cấu trúc thực và đặc biệt có thể giảm thiểu khối lượng tính toán khi có thể thu nhỏ kích thước những thành phần cấu tạo của cấu trúc GFETs thực nghiệm. Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất mô hình cấu trúc GFETs mà chúng tôi nghiên cứu có dạng và các thành phần như trên Hình 4.1 bên phải.
Hình 4.1 Mặt cắt ngang sơđồ nguyên lý của mô hình GFETs nghiên cứu
Cụ thể, cấu trúc GFETs như trên Hình 4.1 bao gồm các thành phần: - Một lớp đế điện môi (thường dùng là SiO2): có bề dày thích hợp TS.
- Lớp kênh dẫn graphene được phủ lên trên lớp đế điện môi.
- Hai đầu của kênh dẫn gắn liền hai điện cực nguồn và máng làm bằng kim loại thích hợp. Các kim loại này thường là các kim loại dẫn điện tốt và có sự tiếp xúc hấp thụ vật lý với graphene. Trong linh kiện mà nhóm Lei Liao tạo ra họ sử dụng kim loại Pt và các điện cực nguồn và máng được tạo ra bởi công nghệ tự sắp xếp (self- alignement) nhằm giảm thiểu trở kháng lối vào. Các điện cực S và D có bề dày TM và
chiều dài LS và LD (trong tính toán chúng tôi chọn LS = LD).
- Lớp GaN đóng vai trò vừa là điện cực cổng vừa đóng vai trò là lớp điện môi phân cách kênh dẫn và điện cực cổng để giảm thiểu dòng dò. Theo chứng minh thực nghiệm, điều này là khả thi do GaN là một chất bán dẫn có bề rộng vùng cấm khá lớn
(Eg ~ 3.4 eV) nên vừa có thể dẫn điện (nếu pha tạp thích hợp) đồng thời cũng có thể
đóng vai trò là một chất điện môi với hằng số điện môi cao (~10). Lớp GaN này có chiều dầy là TI và chiều dài Lc, đây cũng là chiều dài của đoạn kênh dẫn graphene hoạt động TI. Chú ý rằng trong nghiên cứu thực nghiệm của nhóm Lei Liao mặt cắt ngang của lớp GaN có thiết diện là hình tam giác bị vo tròn ở hai mép tiếp giáp với hai điện cực (Hình 1.22 e). Điều này gợi ý là khi sử dụng công nghệ tự sắp xếp để phủ kim loại làm điện cực lên bề mặt graphene thì sẽ có sự không tiếp xúc giữa các điện cực S và D với điện cực GaN nghĩa là có một khe hở nhỏ giữa các phần với nhau. Khe hở này đủ nhỏ để cho một trở kháng lối vào tối thiểu nhất đồng thời sự không tiếp xúc cũng không làm rò rỉ hạt dẫn từ điện cực cổng GaN sang các điện cực S và D. Trong mô phỏng thì sự tiếp xúc hay không tiếp xúc sẽ quyết định điều kiện biên được sử dụng giữa các lớp. Dạng hình học (thiết diện tam giác) của dây nano
GaN là không quan trọng và được mô hình trong tính toán của chúng tôi bởi một lớp GaN hình chữ nhật được pha tạp donors với nồng độ n ~ 2 × 1019 cm-3 đúng như trong thực nghiệm của nhóm Lei Liao.