碳纳米管隧穿器件：高k与低k介质结构优化提升性能

本文研究着重于隧穿型碳纳米管器件的栅介质结构优化，由作者王豪、常胜、何进和黄启俊合作完成，论文发表在中国科技论文在线。这项研究基于非平衡格林函数方程和泊松方程的自洽求解方法，对碳纳米管场效应晶体管(Carbon Nanotube Field-Effect Transistor, CNTFET)进行了三维量子模拟。研究对象对比了两种不同类型的器件——隧穿型和金属-氧化物-半导体(MOS)型，特别关注了高介电常数(high-k)介质与低介电常数(low-k)介质在性能上的差异。 高k介质因其较高的电荷迁移率和较小的泄漏电流，有助于提高器件的性能和稳定性，而低k介质则可能带来更好的电子隧道效应，但在电场分布和阈值电压控制方面可能存在不足。研究者通过细致的电场分析，探讨了这两种介质在隧穿器件中的优缺点。他们发现，在载流子隧穿发生的关键区域——源-沟道结窗口，采用低k介质可以增强隧穿效应，而在其他栅氧层则采用高k介质以保持整体的电场控制和可靠性。 针对这些发现，研究人员提出了一个创新的结构设计方案，即在关键区域使用低k介质，而在其他部分使用高k介质的混合策略。这种优化结构通过改善能带结构、增强隧穿系数、合理分布电场以及验证所期望的开关电流特性，显著提高了隧穿型碳纳米管器件的整体性能。这一工作对于理解和改进碳纳米管器件的设计具有重要意义，尤其是在追求小型化和高效能的电子设备中。 此外，这篇论文还得到了高等学校博士学科点专项科研基金新教师类资助课题的支持，显示出该研究不仅在理论上有所突破，也与实际应用紧密相连。作者王豪作为博士、讲师，主要致力于半导体器件模型的研究，其电子邮件wahao@whu.edu.cn可供进一步交流和引用。 这篇论文提供了对碳纳米管隧穿器件栅介质结构优化的深入见解，为设计和制造高性能碳纳米管电子元件提供了理论指导，具有重要的学术价值和潜在的实际应用价值。