现在,通过考虑零偏压电导率来研究CNT晶体管。零偏压电导率定义如下
通过使用Leonard和Tersoff[50]的电导率方程,绘制出了电导率特性和频带偏移曲线。
图中有三个有趣的区域。传统晶体管仅在两个区域工作,即开、关状态(区域Ⅰ、Ⅱ)。高负偏压下,器件表现出高导电性,这对应于晶体管的导通状态。随电压升高,电导率降至零,器件进入关闭状态。这种特性与传统晶体管类似。区域Ⅲ仅在CNT晶体管中观察到,且是一种栅共振隧道效应。这是由于在具有库仑阻塞的CNT中,穿越局部区域的隧道存在内阻。
带图解释了CNT晶体管的特性。门限电压较低时,金属功函较高,费米能级低于价带,因此在该沟道内空穴的传输就不会受到任何障碍,这样其电导率就很高。随门限电压的升高,频带被拉低,为空穴的传输添加了障碍,这就使电导率降至零,晶体管处于关状态。区域Ⅲ显示出有趣的行为,门限电压提升了,传导带毁坏,带间隙创造了一个分离定域态的量子原子团。电子能穿越量子原子团,在高电压下显示出尖锐的电导率峰值,如前所述导致了强的负微分电阻。(www.xing528.com)
总结传统FET和CNT-FET的特性,即电流饱和都是漏极电压增长的结果。传统FET中,电流饱和是由于发生“夹断”现象;但是在CNT-FET中,则电流受到CNT-FET引线中载流子(电子或空穴)数目的限制。而共振效应仅在CNT-FET中被发现。
16.6.2.2 肖特基接触碳纳米管晶体管
当势垒主要为肖特基势垒时,晶体管就成了肖特基势垒晶体管。其关断是由于接触电阻而非沟道电导引起的。与欧姆接触晶体管相比,频带偏移有重大变化。金属CNT接触和应用电压决定了肖特基CNT-ET的性能。
Avouris等人[51]展示的带图显示出,在接触处存在的急剧频带偏移是由于肖特基势垒而不是观察到的CNT性质。由于频带偏移,电子能穿越沟道,从而导致电流的急剧增长。在接通状态下,因隧道距离减少,频带被举起,空穴进入价带。随门限电压增长,价带被拉低,造成隧道势垒,其长度接近隧道长度,这使空穴无法到达接触的另一端,因而允许晶体管运行在关状态。另外,也可观察到费米能级位于价带和电导带的中心,因而创造了一个大备用晶体管。该晶体管可以肖特基势垒FET运作。若肖特基势垒很小,则它以传统的正常FET运作。下图显示的是,门限电压变化时,电导急剧增长,这表明器件结合区中存在肖特基势垒。基于肖特基接触的CNT-FET[52,53]的运行规律与传统晶体管、欧姆接触晶体管均不同。
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