MARC

 008260203s2023        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32200993
■035    ▼a(MiAaPQ)Stanfordsh863cc5175
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a540
■1001  ▼aLin,  Qing.
■24510▼aLeakage  Current  Characterization  and  Projection  in  Carbon  Nanotube  Transistors
■260    ▼a[Sl]▼bStanford  University▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a123  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Wong,  H.  S.  Philip.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Stanford  University,  2023.
■520    ▼aCarbon  nanotubes  (CNTs)  are  promising  candidates  as  channel  materials  for  extremely-scaled  technology  nodes  due  to  their  naturally  1-nm  thin  body  and  high  charge  carrier  mobility.  Moreover,  the  low-temperature  fabrication  (i.e.,  400  째C)  of  CNT  field  effect  transistors  (CNFETs)  enables  monolithic  three-dimensional  (3D)  ultra-dense  integration  of  logic  and  memory,  leading  to  energy  and  throughput  benefits  at  the  application  level.  However,  CNFETs  suffer  from  large  off-state  leakage  due  to  small  effective  mass  and  band  gap.  While  much  progress  has  been  made  in  improving  the  onstate  current  of  CNFETs,  there  is  a  lack  of  benchmarking  their  off-state  current.  The  offstate  leakage  is  often  under-estimated  in  simulation  models,  which  ignore  additional  tunneling  contribution  in  CNFETs.  While  strategies  for  suppressing  leakage  exist,  the  control  of  off-state  current  has  yet  to  be  demonstrated.  This  thesis  aims  to  address  the  leakage  challenge  in  CNFETs  through  a  comprehensive  leakage  study  encompassing:  (1)  characterization  of  leakage  current;  (2)  calibration  of  simulation  models;  and  (3)  projection  of  low-leakage  design  space.  In  this  dissertation,  I  will  present  a  systematic  study  of  the  following  leakage  mechanisms  in  carbon  nanotube  MOSFETs:Gate  Leakage  -  To  mitigate  the  gate  leakage,  a  gate  oxide  bilayer  for  CNT  is  employed  consisting  of  a  0.35  nm  interfacial  dielectric  (k  =  7.8)  and  2.5  nm  high-k  dielectric  (k  =  24).  Gate  leakage  was  reduced  to  below  1  pA/CNT  at  10  nm  gate  length  and  0.7  V  supply  voltage,  surpassing  the  technology  target  requirements.  Superior  electrostatic  control  of  65  mV/dec  subthreshold  slope  and  20  mV/V  drain-induced  barrier  lowering  (DIBL)  were  achieved  in  top-gated  CNT  MOSFETs  at  15  nm  gate  length.Band-to-Band  Tunneling  (BTBT)  -  The  BTBT  leakage  in  CNT  MOSFETs  is  influenced  strongly  by  the  CNT  band  gap,  supply  voltage,  and  extension  doping  level.  However,  existing  studies  typically  estimate  the  CNT  band  gap  indirectly  from  the  CNT  diameter,  resulting  in  limited  accuracy  due  to  various  band  gap-diameter  approximations.  To  address  this,  a  novel  direct  CNT  band  gap  extraction  method  is  developed.  The  lower  limit  of  off-state  current  was  measured  in  electrostatically-doped  CNT  MOSFETs  across혻a  range  of  band  gaps,  supply  voltages,  and  extension  doping  levels.  A  non-equilibrium  Green's  function  (NEGF)  model  confirms  the  dependence  of  BTBT  leakage  on  CNT  band  gap,  supply  voltage,  and  extension  doping  level.  Based  on  the  calibrated  NEGF  model,  a  leakage  current  design  space  is  projected  for  long-channel  CNT  MOSFETs,  enabling  identification  of  appropriate  device  design  choices  across  CNT  band  gap,  supply  voltage,  and  extension  doping.Source-Drain  Tunneling  (SDT)  -  Short-channel  CNT  MOSFETs  with  gate  lengths  ranging  rom  6.5  nm  to  14.0  nm  were  fabricated,  as  simulations  predict  significant  SDT  leakage  below  12  nm  gate  length.  Temperature-dependent  electrical  measurements  from  6.5  K  to  300  K  were  used  to  distinguish  between  short-channel  effects  and  source-drain  tunneling.  Three  short-channel  MOSFETs  were  examined  as  examples,  demonstrating  different  temperature  dependencies  and  the  extent  of  SDT.혻
■590    ▼aSchool  code:  0212.
■650  4▼aTin
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■650  4▼aElectrical  engineering
■653    ▼aCarbon  nanotubes
■653    ▼aElectrostatic  control
■653    ▼aBenchmarking
■690    ▼a0791
■690    ▼a0544
■71020▼aStanford  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-02B.
■790    ▼a0212
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17365875▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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