Study of a New Device Structure: Graphene Field Effect Transistor (GFET)

Abstract

Метою роботи є підвищення продуктивності нанопристроїв, що в цілому дає переваги електронним додаткам. Продуктивність при низькому споживанні енергії, висока чутливість і більша швидкість перемикання є необхідними умовами сучасної ери електроніки. Запропонована робота визначає тривимірну структуру польового транзистора на графені (GFET). Зазначена структура перебуває в еволюційній фазі і досліджується щодня. Основні переваги пристрою з точки зору загальної продуктивності і конкретних додатків зробили цікавим його детальне дослідження. Структура графену забезпечує виняткові можливості для його роботи і, отже, є відмінним рішенням для сенсорних додатків. Графен розміщується між витоком і стоком, утворюючи міст і забезпечуючи шлях для руху електронів. Нанопристрій моделюється для таких електричних параметрів, як струм стоку, напруга стоку, напруга Дірака, рухливість, густина електронів, густина дірок, температура. Пристрій моделюється за допомогою інструменту моделювання NanoHUB. Запропоновано поведінку струму стоку при зміні довжини каналу і напруги на затворі. Спостерігаються поліпшені характеристики пристрою при зменшенні довжини каналу, напруги на затворі та зсуву точки Дірака. Точка Дірака відіграє життєво важливу роль у механізмі провідності графену, а отже, і GFET. Для даних параметрів моделювання вивчали точку Дірака і спостерігали її зсув, що призводило до зміни провідності. Варіацію струму стоку було змодельовано для різних напруг стоку, що дало достатні докази ефективності і, отже, низького енергоспоживання. Розподіл носіїв та різних робочих температур уздовж каналу представлено для змінної напруги на затворі. Результати показують перевагу GFET для сьогоднішніх потреб в сенсорних додатках.

The aim of this paper is to improve the performance of nanodevices yielding the overall gain of electronic applications. The performance in low-power consumption, high sensitivity and faster switching speeds are prerequisites for the modern era of electronics. The proposed paper defines the 3D structure of a Graphene Field Effect Transistor (GFET). The titled structure is in an evolutionary phase and is being researched day by day. The prime advantages of the device for its overall performance and specific applications have made a detailed study interesting. The structure of graphene provides exceptional capabilities for its operation and hence an excellent solution for sensing applications. Graphene is placed between the source and drain junctions, forming a bridge and providing a path for electron movement. The nanodevice is simulated for electrical parameters such as drain current, drain voltage, Dirac voltage, mobility, electron density, hole density, temperature. The device is modelled using the NanoHUB simulation tool. The behavior of drain current with varying channel length and gate voltages is proposed. The improved characteristics of the device with decreasing channel length, gate voltage and Dirac point shift are observed. The Dirac point plays a vital role in the conduction mechanism of graphene and hence GFET. The Dirac point was studied for the given simulation parameters, and the Dirac point shift was observed, leading to a change in conduction. The variation of drain current was simulated for different drain voltages, which provides us sufficient evidence of efficiency and hence low-power consumption. The distribution of carriers and various operating temperatures along the channel is presented for a varying gate voltage. The results show the outperformance of GFET for present day needs in sensing applications.