基于二维过渡金属二硫族化合物晶体管的数字电路设计

发布时间：2020-12-28 00:21

　　随着集成电路产业迅速发展,基于硅材料的集成电路特征尺寸持续降低,几乎达到其物理极限。针对这一问题,近些年来,研究者们致力于寻求新的解决方案,如改进制备工艺,引入极紫外光刻技术以提高制备效率和改进晶体管的电学性能;优化晶体管结构,研究出绝缘体上硅（SOI）器件结构以减少漏电引起的功耗损失;寻求新的材料替代硅材料用于半导体产业。基于此,二维材料因其载流子迁移率较高、原子层厚度极薄引起人们的广泛关注。研究者们认为,二维材料将取代硅材料成为下一代半导体的候选人。本文主要对二维材料晶体管构成的组合逻辑电路进行仿真分析,探究二维材料晶体管的器件参数对组合逻辑电路输出曲线的影响。此外,本文还对基于二维材料晶体管的组合逻辑电路的低功耗结构进行研究。本文主要创新点和工作如下:（1）对基于二维材料晶体管的CMOS反相器的输出特性进行仿真,分析了二维材料晶体管的器件参数对反相器输出特性曲线的影响。基于CMOS反相器的分析结果,对二维材料晶体管构成的与非门、或非门、异或门和同或门的输出特性进行研究。从CMOS反相器的仿真结果可以得知,当CMOS反相器中WSe₂晶体管与MoS_2<... 

【文章来源】： 毛菲菲 华东师范大学

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

对比漂移扩散模型理论计算（实线）与实验测量（虚线）得到的WSe2晶体管的输出特性曲线

华东师范大学硕士学位论文9图1.4以N型晶体管为例给出了实验测量与理论计算得到的MoS2晶体管的输出特性曲线。其中，实线是利用准弹道模型仿真得到的MoS2晶体管的输出特性曲线，圆圈表示的是对实验中制备出的沟道长度为45nm的MoS2晶体管进行探针测量得到的输出特性曲线[42]。从图中可以看出，准弹道模型计算出的结果（实线）与实验测量所得出的结果[42]（圆圈）具有较高的一致性，因此，该模型可用于后续对二维材料晶体管构成的电路进行仿真分析。本文后续部分将采用这一准弹道模型对二维材料晶体管搭建的数字电路进行分析。图1.4对比准弹道模型理论计算（实线）与实验测量（圆圈）得到的MoS2晶体管的输出特性曲线。[29]1.3本文研究的主要内容和意义随着半导体产业的迅速发展，硅基器件逐渐发展到瓶颈，研究者们正在寻求新的材料替代硅材料用于半导体产业，二维材料正是其中被广泛研究的一种。鉴于此，本论文基于二维材料作为沟道材料的晶体管，对数字集成电路中的组合逻辑门进行仿真分析，研究了他们的输出特性，同时探讨了他们的低功耗结构。此外，本文对一位半加器进行仿真，以验证上述组合逻辑门构建运算逻辑电路的可行性。最后，对反相器进行拓展，研究了施密特触发器的输出曲线。这些研究结


本文编号：2942780