Analysis of Junctionless Nanowire Transistor with Heterojunction, Metal Nitride and Dual Metal Gate

Abstract

У роботі зосереджено увагу на характеристиках безперехідного (JL) багатоканального SOI транзистора на основі нанодротів. Його було проаналізовано під впливом різних деформацій для покращення продуктивності. Замість одного каналу, за допомогою концепції Multi Bridge Channel (MBC), два канали були включені в JL структуру нанодротів. Крім того, для вдосконалення JL пристрою було використано три методи. Перший – концепція подвійного металевого затвору (DMG), другий – гетероперехід (карбід кремнію (SiC) використано як матеріал стоку/витоку), і третій – нітрид металу. За допомогою цих трьох методів було збільшено мобільність, а також керуючий струм. Порівняння вольтамперних (I-V) характеристик було проведено між DMG та одинарним металевим затвором, DMG та одинарним метал-нітридним затвором за допомогою комп'ютерного симулятора Sentaurus Technology Computer Aided Design (TCAD). Результати було відкалібровано з використанням фізичних моделей, таких як залежна від температури модель транспорту носіїв (дрейфова дифузія), модель градієнта густини, модель мобільності та рекомбінаційна модель Шоклі-Ріда-Холла. Інтеграція гетеропереходу в DMG та одинарний метал-нітридний затвор покращила продуктивність обох пристроїв, але останній показав на 6 % кращу продуктивність, ніж DMG з гетеропереходом. У всіх пристроях коефіцієнт підпорогових коливань (SS) складає майже 60 мВ дек – 1, що є майже ідеальним значенням.

This paper focuses on the performance of Silicon-on-Insulator (SOI) based junctionless (JL) nanowire multichannel transistor. It has been analyzed with various strains in order to improve the device performance. Instead of one channel, by using the Multi Bridge Channel (MBC) concept, two channels have been incorporated in the JL nanowire structure. Moreover, three methods have been used to improve the JL device. The first one is the Dual Metal Gate (DMG) concept, the second one is heterojunction (silicon carbide (SiC) is used as the source/drain material), and the third one is metal nitride. By using these three methods, mobility has been increased, as well as current drive. The current-voltage (I-V) characteristics comparison has been performed between DMG and Single Metal Gate, DMG and Single Metal Nitride gate using Sentaurus Technology Computer Aided Design (TCAD). The results were calibrated using physical models, such as the temperature-dependent carrier transport model (drift diffusion), density gradient model, mobility model, and Shockley-Read-Hall recombination model. By integrating heterojunction into DMG and single metal nitride gate, the performance of both devices has been improved, but single metal nitride gate has shown the 6 % better performance than DMG with heterojunction. In all the devices, the Subthreshold Swing (SS) is almost 60 mV dec – 1 which is near the ideal value.