ナノ医療および生物療法発見ジャーナル
オープンアクセス

概要

高周波ナノトランジスタベースのリング発振器

ソヘリ・ファルハナ

抽象的な

カーボンナノチューブ (CNT) 半導体ベースのリング発振器は、信号回路の損失を大幅に削減し、電圧強度を高めるために必要です。これにより、CNT デバイスは、レギュレータ、高度なデバイス、および高周波数交換のアプリケーション向けの次世代半導体ハードウェアの刺激的な可能性を生み出します。現在、グラフィン デバイスとカーボンナノチューブ デバイスはどちらも、電気および機械の分野で優れた特性を示しています。特に、CNT ベースの半導体デバイスは、チップ サイズを増やすことなく高いブレークダウン電圧と電流レベルを実現できるため、最近大きな注目を集めています。特に、チップ サイズはナノメートル サイズになります。さらに、CNT デバイスは、他のデバイスよりも比類のない高周波数動作パフォーマンスを示します。この研究では、より高い電流駆動能力、弾道性、より低い電力遅延特性、より高い熱強度などにより、従来の MOSFET 技術の競合製品である CNT 半導体ベースの発振器モデルを提案しました。CNT 半導体のこれらの有望な特性を考慮して、14 nm 技術センターで、約 6THz 以上で動作する CNT 半導体ベースのリング発振器を紹介します。発振器は、CNT 半導体ベースの 5 スタック インバータをベースに提案されています。適切な設計により、約 0.2ns の非スタック遅延で 32.5dB の DC 増幅を備えたインバータが実現されています。発振器の標準電力消費量は、動作周波数が 6THz で 0.43μW と低くなっています。提案されたリング発振器設計は、既存のシリコン ベースのリング発振器と比較して、低消費電力と高動作周波数で優れたパフォーマンスを示しています。

はじめに

We have manufactured top-gated ambipolar field-impact semiconductors (FETs) in view of arrangement inferred carbon nanotube (CNT) network movies, and afterward built inverters and ring oscillators (ROs) that can work under flexibly voltages as low as 0.2 V attributable to the high consistency of the gadgets. Huge enhancements were accomplished in the presentation of these CNT-based ambipolar FETs and CMOS-like circuits by downsizing the entryway length of the CNT FETs and advancing the gadget structure and RO format. Specifically, the enhanced five-stage RO is appeared to introduce a record high swaying recurrence of up to 17.4 MHz with a spread season of 5.6 ns at a 12-V working voltage. The CNT film-based ROs were utilized as transporter wave generators in radio-recurrence frameworks to show a total sign transmission measure. These outcomes recommend that CNT slight film-based FETs and coordinated circuits may before long discover their approach to radio-recurrence applications with a recurrence band of 13.56 MHz. High recurrence and plastic hardware are relied upon to be among the principal mechanical passage focuses for graphene. These desires are predominantly determined by the high charge transporter mobility4, the high immersion velocity5,6 and the chance of manufacturing graphene put together semiconductors with respect to plastic substrates7,8,9. While the exhibition of single graphene semiconductors has just affirmed these desires the acknowledgment of complex coordinated circuits including a few graphene semiconductors is as yet in its undeveloped stage. Up until now, a few gatherings have given an account of the acknowledgment of incorporated circuits with low unpredictability containing a couple graphene semiconductors including voltage intensifiers, inverters, or non-straight gadgets like blenders. Recently, a ring oscillator comprising of eight graphene semiconductors was figured it out. There, anyway swaying was just accomplished by a gadget explicit electrical remuneration of the accidental doping in the graphene utilizing voltages up to 200 V18. Up to now low mix profundity and test explicit biasing are significant barricades for the accomplishment of graphene in genuine electronic gadgets. Here we report on the effective acknowledgment of practical inverters and ring oscillators containing up to 12 graphene semiconductors. By utilizing a neighborhood back-door structure high estimations of voltage increase and low degrees of accidental doping could be accomplished, which are both fundamental for acknowledging incorporated circuits. Contrasted with the regular top-door plan, there are two particular points of interest to utilizing a nearby back-entryway structure concerning voltage gain and accidental doping. To start with, the quantity of lithography steps including graphene is decreased. Furthermore, a slight and uniform top notch door oxide can be developed on the entryway anode by plasma helped nuclear layer testimony.

インバータベースのリング発振器は、DC 正弦波電圧によって制御されるリングに接続された、奇数の協調変換段で構成されています。安定した動作のためには、リングを通過する信号 1 回の電流の位相差は 2π である必要があり、個々の変換段の合計は損失を補償できる必要があります。これらの要件を満たすには、反転段は、協調データ出力電圧で平均よりも大幅に大きい電圧ゲインを提供する必要があります。集積金属酸化物半導体 (CMOS) 技術では、変換段には、製造プロセス中に半導体をドーピングすることによって作成される 1 つの p 型半導体と 1 つの n 型半導体が含まれます。ただし、チャネル材料としてグラフェンを使用すると、グラフェンベースの半導体の両極性動作により、協調回路の設計にまったく新しい方法が開かれます。たとえば、リング発振器の基本的な構造ブロックであるインバータは、複雑なドーピング手法をまったく回避して、2 つの非ドープ グラフェン半導体から簡単に作成できます。両極性金属酸化物グラフェン (AMOG) イノベーションのこの驚くべき特性により、製造プロセスの多面性が本質的に低減されます。

結果

近接したバック エントリ アノードを備えたインバータの概略断面図を示します。グラフェン チャネルは各半導体に対して長さ 1.8 μm、幅 9 μm で、Al2O3 誘電体の厚さは 6 nm で、同等の酸化物の厚さは約 3 nm です。基準インバータの 2 つの半導体の遮断特性がプロットされています。低バイアス システムでは、どちらもほとんど違いがなく、自然な動作を示しています。接触保護を含むサンプルでのさまざまな半導体の電界効果移動度は 600 ～ 1200 cm2/Vs の範囲にあり、個々の半導体の遮断バランスは 4 ～ 8 です。交換マークのヒステリシスはグラフェン ベースの半導体に標準的であり、主に酸化物の電荷トラップに関連付けられています20,21。電荷不足バイアス ポイント VCNP での半導体のエントリ電圧のヒストグラムが表示されます。チップ上の標準 VCNP は 0.3 V で、これは p 型ドーピング レベル 1.7*1012/cm2 に相当し、ここで使用される最大 4 V の動作電圧と比較すると中程度です。ドーピング濃度がインバータの性能に与える影響の詳細な調査は、この記事の後半で説明します。