مدل تحليلي پتانسيل و ولتاژ آستانه ترانزيستور ماسفت دو گيتي با گيت دوماده‌اي بدون آلايش

Explicit Analytic Model of the Potential and threshold Voltage of an Undoped Dual-Material Double-Gate MOSFET

در اين مقاله، مدل تحليلي دوبعدي براي پتانسيل الكتريكي ترانزيستور ماسفت دوگيتي با گيت دو ماده‌اي بدون آلايش ارائه شده است كه قابل اعمال به ساختارهاي متقارن و نامتقارن مي‌باشد. پتانسيل دو بعدي با مجموع مؤلفه پتانسيل يك‌بعدي كانال بلند در امتداد طول كانال و مؤلفه تغييرات دوبعدي كانال كوتاه بيان شده است. مؤلفه يك‌بعدي به طول Debye ذاتي وابسته است و به‌صورت تحليلي از حل معادله يك‌بعدي پواسون استخراج مي‌شود. مؤلفه دوبعدي بر اساس روش جداسازي متغيرها به‌دست مي‌آيد. برخلاف مدل‌هاي موجود كه براي محاسبه پاسخ دوبعدي از حل عددي مؤلفه كانال بلند استفاده مي‌كنند، مدل پيشنهاي به‌صورت تحليلي ارائه شده است. سپس، براي يك ترانزيستور متقارن، با استفاده از مفهوم كاتد مجازي و پتانسيل دوبعدي به‌دست آمده، روابط تحليلي فرم بسته براي ولتاژ آستانه، كاهش سد پتانسيل با القاي درين و تغييرات ولتاژ آستانه استخراج شده است. مدل پيشنهادي در هر نقطه از كانال معتبر است و بر اساس آن مي‌توان تأثير پارامترهاي فيزيكي ترانزيستور را بر روي مشخصه‌هاي الكتريكي آن بررسي كرد. تطبيق مناسب بين نتايج حاصل از مدل و نتايج شبيه‌سازي عددي با نرم‌افزار، دقت مناسب مدل پيشنهادي را نشان مي‌دهد.

An explicit two dimensional (2D) analytical expression for potential of the channel of an undoped Dual-Material Double-Gate MOSFET has been presented which is applicable to asymmetric and symmetric devices. The 2D potential is based on the sum of 1D long channel potential along the channel and 2D potential variation. The 1D potential term depends on intrinsic Debye length and is analytically extracted from 1D Poisson’s equation. The 2D term is achieved by separation of variables method. Despite the existing models which use numerical calculations to achieve the long channel potential, the proposed model has been extracted analytically. For a symmetric device, using the proposed potential model and by means of virtual cathode, analytic expressions for the threshold voltage and drain induced barrier lowering have been derived. Simulations show good agreement between the results of the proposed model and those of TCAD software which guarantees the accuracy of the proposed model.