최근 에너지 효율과 소형화측면에서 한계를 보이는 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor(MOSFET)을 대체할 수 있는 소자로 Tunneling FET(TFET)이 주목받고 있다. 본 논문에서는탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT) TFET을 시뮬레이션하여전자회로의 기본 단위인 인버터(Inverter)를 설계한다. 설계한 인버터의 성능을 CNT-MOSFET 인버터와 비교하여 저전력 디지털 회로로써의 가능성을 확인한다.

A semiconducting single-walled carbon nanotube (SWCNT) field-effect transistor (FET) in a top-gate model was constructed. The effect of different high-κ dielectric materials (Al2O3, HfO2 and HfSiON) and various temperatures with a wide range from 50K to 500K on the performance of such nominal device were investigated. Several key device parameters including the on/off ratio of the current, transconductance (gm), subthreshold swing, and carrier mobility were used to evaluate the device performance. The simulated results fit well with the experiment results previously published.

EDISON 나노물리 사이트에 탑재된 탄소나노튜브 FET 소자 시뮬레이션 툴을 이용하여 나노 CNT소자에서의 p-n접합이 갖는 특성을 살펴보았다. 순방향 바이어스에서는 일반적인 p-n접합과 유사한 특성을 보이나 그 원리는 다름을 알 수 있었으며, 역방향 바이어스에서는 밴드 대 밴드 터널링에 의한 전류가 발생함을 확인하였다. 또한 이러한 역방향 바이어스 하의 전류가 도핑농도에 따라 변함을 확인하여 실제 CNT 소자의 도핑농도를 예측해볼 수 있는 가능성을 확인하였다.

In this paper, novel Carbon Nanotube Gate-Elongated Tunneling Field Transistor(CNT G-E TFET) is proposed. This proposed device is designed to decrease off-current around 2~6 orders of magnitude compared to the gate-channel size matched TFET. Mechanism of CNT G-E TFET creates additional steps in energy band structure so that off-current can be reduced. Since CNT TFETs show a great probability for tunneling processes and they are beneficial for the overall device performance in terms of switching speed and power consumption, CNT G-E TFET looks pretty much promising.

본 연구에서는 S/D이 n+/n+로 구성된 CNTMOSFETs, 금속으로 이루어진 SB-CNTFETs와 p+/n+로 구성된 CNT-TFETs에 대한 각각의 I d-Vg 특성과 포텐셜 프로파일을 확인하였다. 그리고 각 소자의 특성 및 특징을 연구하고, 이 중에서 BTB에 가장 큰 영향을 받는 CNT-TFETs의 특성을 VDS, 분자 비대칭성과 Tox에 따른 특성 변화를 연구하였다. 그 결과 예상과 다르게 오히려 작은 VDS와 큰 Eg을 가질 때, 향상된 SS를 가진다는 것을 확인 할 수 있었다. 특히, (7,0) CNT-TFETs에서 비록 I d는 작지만, SS를 57mV/dec까지 개선할 수 있었다. 또한, Tox를 얇게 하면, 비록 60 mV/dec 이하의 결과는 보여주지 못했지만, SS와 Ion 모두 개선할 수 있음을 확인할 수 있었다.