Simulation and Performance Analysis of a Triple-material Gate GAA SNSTFT

Abstract

У роботі запропоновано до розгляду транзистор SNS GAATFT з потрійним матеріалом (TM). TM тонкоплівкового транзистора (TFT) варіюється шляхом застосування трьох різних робіт виходу за рахунок використання різних матеріалів затворів. Транзистор, розглянутий у роботі, є р-канальним пристроєм. Аналіз проведено з використанням фізичної моделі – температурної залежності переносу носіїв заряду (DD). Модель мобільності (MM) включає ефекти концентрації легування та електричного поля, модель звуження забороненої зони (BNM) та модель рекомбінації Шоклі-Ріда-Холла (SRM) стосуються тривалості життя носія. Програмний продукт Synopsys Sentaurus TCAD був використаний для моделювання запропонованої моделі та аналізу її характеристик. Характеристики запропонованої моделі з TM були порівняні з характеристиками запропонованої раніше моделі SNS GAATFT з одинарним матеріалом (SM). Для запропонованої моделі перша та третя роботи виходу (WFs) підтримувались незмінними, тоді як WF середньої області варіювалася між першою та третьою WFs. Проаналізовані вихідні характеристики довели кращий результат для значень WF, найближчих до третьої WF. Таким чином, для визначення різних характеристик було використано більш високе значення середньої WF. З аналізу характеристик видно, що внаслідок різних електричних потенціалів на електроді затвору через різні WF, вплив швидкісного електрона, що рухається, зменшується з боку джерела, і це сприяє підвищенню ефективності переносу носіїв заряду і, отже, в свою чергу, допомагає зменшити ефекти гарячих носіїв. Результат порівняння показує, що струм стоку в моделі TM виявляється майже в 4 рази вищим, ніж в моделі SM, яка показує більше покращення струму ION.

A Stacked Nano Sheet Gate All Around Thin Film Transistor (SNS GAATFT) with Triple Material (TM) has been proposed in this paper. The TM of the Thin Film Transistor (TFT) is varied by applying three different work functions (WFs) by having different gate materials being used. The transistor considered here for implementation is a p-channel device. The analysis has been carried out using the physical model: temperature-dependent carrier transport model (DD). Mobility Model (MM) includes the effects of doping concentration and electric field, Bandgap Narrowing Model (BNM) and Shockley-Read-Hall recombination Model (SRM) are for carrier lifetime. Synopsys Sentaurus TCAD has been used for the simulation of the proposed model and thus analyzing its characteristics. The characteristics of the proposed TM have been compared to those of the previously proposed Single Material (SM) SNS GAATFT model. For the proposed model, the first and third WFs were kept constant while the WF of the middle region varied between the first and third WFs. The output characteristics analyzed proved a better result for WF values closest to the third WF. Thus, a higher value of the middle WF was used in determining the different characteristics. From the characteristics it can be analyzed that due to varying electric potentials on the gate terminal due to varying WF, the influence of high-speed moving electron is reduced from the source side, and this helps in improving the carrier transport efficiency and thus, it is clear, this, in turn, helps in lowering the hot carrier effects. The comparison result shows that drain current in a TM is found to be almost 4 times higher than that of a SM model which shows better improvement in ION current.