Infocommunications and Radio Technologies Infocommunications and Radio Technologies ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ И РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 2587-9936 52900 ЭЛЕКТРОНИКА (05.27.00) ELECTRONICS (05.27.00) ЭЛЕКТРОНИКА (05.27.00) Simulation of the graphene field effect transistor electrical characteristics based on data of first-principles calculations Моделирование электрических характеристик графенового полевого транзистора на основе данных расчетов из первых принципов Боровик Артур Михайлович Borovik Artur M borovik@bsuir.by Баранова Мария Сергеевна Baranava Maryia S Гвоздовский Дмитрий Чеславович Hvazdousky Dmitryi C Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ru Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics ru Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ru Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics ru Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ru Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics ru 25 03 2020 25 03 2020 3 1 63 74 20 03 2020 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/52900/view

Предложен и апробирован подход к моделированию электрических характеристик приборных структур на основе квазидвумерных пленок, суть которого состоит в определении значений необходимого набора параметров, описывающих электрофизические свойства квазидвумерных пленок и процессы переноса носителей заряда в них, посредством расчетов из первых принципов или экспериментальных измерений и дальнейшем использовании квантовомеханических моделей после необходимой их коррекции в рамках приборно-технологического моделирования. С использованием расчетов из первых принципов установлены значения электрофизических параметров графена с учетом энергетического воздействия контактирующего слоя оксида кремния. Посредством приборно-технологического моделирования с использованием результатов расчетов из первых принципов получены электрические характеристики конденсаторной структуры и полевого транзистора на основе графена.

An approach to simulation of the electrical characteristics of device structures based on quasi-two-dimensional films is proposed and tested. The essence of this approach is determining the values of the necessary parameters set, which describe the electrophysical properties of the quasi-two-dimensional films and the processes of charge carriers transfer in them, by first-principles calculations or experimental measurements and further use of quantum-mechanical models after their correction within the framework of device-technological simulation. Using first-principles calculations, the values of the graphene electrophysical parameters are determined taking into account the energy impact of the silicon oxide layer. By device-technological simulation, using the results of first-principles calculations, the electrical characteristics of capacitor structure and graphene-based field effect transistor were obtained.

 графеновый полевой транзистор квазидвумерная пленка расчеты из первых принципов приборно-технологическое моделирование квантовомеханические эффекты graphene field effect transistor quasi-two-dimensional film first-principles calculations device-technological simulation quantum-mechanical effects Работа выполнена при финансовой поддержке и в рамках решения задач государственной программы научных исследований РБ «Конвергенция» (задание № 3.02).

International Technology Roadmap for Semiconductors [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.itrs2.net/itrs-reports.html (дата обращения: 27.02.2020). International Technology Roadmap for Semiconductors [Elektronnyy resurs]. Rezhim dostupa: http://www.itrs2.net/itrs-reports.html (data obrascheniya: 27.02.2020). Борисенко В. Е., Воробьева А. И., Данилюк А. Л. и др. Наноэлектроника: теория и практика. М. : Бином, 2013. 366 с. Borisenko V. E., Vorob'eva A. I., Danilyuk A. L. i dr. Nanoelektronika: teoriya i praktika. M. : Binom, 2013. 366 s. Yang N., Yang D., Chen L. и др. Design and adjustment of the graphene work function via size, modification, defects, and doping: a first-principle theory study // Nanoscale Research Letters. 2017. Т. 12, № 642. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://nanoscalereslett.springeropen.com/track/pdf/10.1186/s11671-017-2375-3 (дата обращения: 27.02.2020). Yang N., Yang D., Chen L. i dr. Design and adjustment of the graphene work function via size, modification, defects, and doping: a first-principle theory study // Nanoscale Research Letters. 2017. T. 12, № 642. [Elektronnyy resurs]. Rezhim dostupa: https://nanoscalereslett.springeropen.com/track/pdf/10.1186/s11671-017-2375-3 (data obrascheniya: 27.02.2020). Hwang Ch., Siegel D. A., Sung-Kwan Mo и др. Fermi velocity engineering in graphene by substrate modification // Scientific Reports. 2012. Т. 2, № 590. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.nature.com/articles/srep00590.pdf (дата обращения: 27.02.2020). Hwang Ch., Siegel D. A., Sung-Kwan Mo i dr. Fermi velocity engineering in graphene by substrate modification // Scientific Reports. 2012. T. 2, № 590. [Elektronnyy resurs]. Rezhim dostupa: https://www.nature.com/articles/srep00590.pdf (data obrascheniya: 27.02.2020). Santos E. J. G., Kaxiras E. Electric-Field Dependence of the Effective Dielectric Constant in Graphene // Nano Letters. 2013. Т. 13, № 3. С. 898-902. Santos E. J. G., Kaxiras E. Electric-Field Dependence of the Effective Dielectric Constant in Graphene // Nano Letters. 2013. T. 13, № 3. S. 898-902. Dean C. R., Young A. F., Meric I. и др. Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics // Nature nanotechnology. 2010. Т. 5, № 10. С. 722-726. Dean C. R., Young A. F., Meric I. i dr. Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics // Nature nanotechnology. 2010. T. 5, № 10. S. 722-726. Avouris P. Graphene: Electronic and photonic properties and devices // Nano Letters. 2010. Т. 10, № 11. С. 4285-4294. Avouris P. Graphene: Electronic and photonic properties and devices // Nano Letters. 2010. T. 10, № 11. S. 4285-4294. Абрамов И. И. Основы моделирования элементов микро- и наноэлектроники. Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. 444 c. Abramov I. I. Osnovy modelirovaniya elementov mikro- i nanoelektroniki. Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. 444 c. Абрамов И. И., Коломейцева Н. В., Лабунов В. A. и др. Моделирование полевых графеновых транзисторов с одним и двумя затворами в различных режимах функционирования // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. 2018. Т. 10, № 3. C. 16-24. Abramov I. I., Kolomeyceva N. V., Labunov V. A. i dr. Modelirovanie polevyh grafenovyh tranzistorov s odnim i dvumya zatvorami v razlichnyh rezhimah funkcionirovaniya // Nanotehnologii: razrabotka, primenenie - XXI vek. 2018. T. 10, № 3. C. 16-24. Preobrajenski A. B., Ng M. L., Vinogradov A. S. и др. Controlling graphene corrugation on lattice-mismatched substrates // Physical Review B. 2008. Т. 78, № 7. С. 073401. Preobrajenski A. B., Ng M. L., Vinogradov A. S. i dr. Controlling graphene corrugation on lattice-mismatched substrates // Physical Review B. 2008. T. 78, № 7. S. 073401. Parr R. G., Yang W. Density-Functional Theory of Atoms and Molecules. Oxford University Press, 1989. 352 p. Parr R. G., Yang W. Density-Functional Theory of Atoms and Molecules. Oxford University Press, 1989. 352 p. Blöchl P. E. Projector augmented-wave method // Physical Review B. 1994. Т. 50, № 24. С. 17953. Blöchl P. E. Projector augmented-wave method // Physical Review B. 1994. T. 50, № 24. S. 17953. Rignanese G-M., De Vita A., Charlier J-C. Density functional theory calculations on graphene/α-SiO2(0001) interface // Physical Review B. 2000. Т. 61. С. 13250. Rignanese G-M., De Vita A., Charlier J-C. Density functional theory calculations on graphene/α-SiO2(0001) interface // Physical Review B. 2000. T. 61. S. 13250. Song S. M., Park J. K., Sul O. J. и др. Determination of Work Function of Graphene under a Metal Electrode and Its Role in Contact Resistance // Nano Letters. 2012. Т. 12, № 8. С. 3887-3892. Song S. M., Park J. K., Sul O. J. i dr. Determination of Work Function of Graphene under a Metal Electrode and Its Role in Contact Resistance // Nano Letters. 2012. T. 12, № 8. S. 3887-3892. Tahy K., Fang T., Zhao P. и др. Graphene Transistors // Physics and Applications of Graphene - Experiments. InTech, 2011. С. 473-500. Tahy K., Fang T., Zhao P. i dr. Graphene Transistors // Physics and Applications of Graphene - Experiments. InTech, 2011. S. 473-500.