ارزيابي عملكرد آنالوگ و پارامترهاي اثر كانال كوتاه روي ترانزيستور اثر ميدان بر پايه عايق توپولوژيك

Evaluation of Analog Performance and Short Channel Effect Parameters on Field Effect Transistor based on Topological Insulations

در راستاي ارزيابي مواد جديد براي طراحي و شبيه سازي ترانزيستورهاي اثر ميدان در ابعاد نانومتري، در اين مقاله ويژگي‌هاي الكترونيكي ترانزيستور اثر ميدان بر پايه عايق توپولوژيك شبيه‌سازي و بررسي مي‌گردد. از آنجا كه گپ انرژي در ناحيه كانال اين ترانزيستور با استفاده از ميدان مغناطيسي عمود قابل‌تنظيم مي‌باشد، ابتدا با رسم نمودار جريان بر حسب ولتاژ گيت به‌ازاي مقادير مختلف ميدان مغناطيسي عمود، مشخصه‌هاي جريان مستقيم (DC Characteristics) همچون نسبت جريان روشن به جريان خاموش و ولتاژ آستانه (Threshold voltage) و عوامل مؤثر بر اين پارامترها تجزيه و تحليل مي‌گردد. سپس براي ارزيابي اثرات كانال كوتاه، دو پارامتر نوسان زيرآستانه (subthreshold slope) و ميزان تنزل سد القاشده ناشي از ولتاژ درين (DIBL) مورد بررسي قرار مي‌گيرد. نتايج به‌دست‌آمده براي (subthreshold slope) و (DIBL) به‌ازاي مغناطش به‌ترتيب مقاديرmV/dec 8.24 و 0.064 را نشان مي‌دهد كه براي كاربردهاي ترانزيستوري بسيار مناسب مي‌باشد. در نهايت مشخصه‌هاي آنالوگ (Analog Characteristics) ترانزيستور شبيه‌سازي‌شده، همچون ترارسانايي (Transconductance)، هدايت خروجي (Output conductance)، مقاومت خروجي (Output resistance) و بهره ولتاژ (Gain) به‌دست‌آمده و عوامل مؤثر بر اين پارامترها مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد.

In this paper, in order to evaluate new materials for design and simulation of the field effect transistors in nano dimensions, we simulate and investigate the electronic properties of a field effect transistor based of topological insulator. Since the energy gap in the channel region of this transistor is adjustable by a perpendicular magnetic field, first by obtaining the transfer characteristics, we analyze the DC characteristics such as Ion/Ioff ratio and the threshold voltage. Moreover, we evaluate the short channel effects (SCEs) including subthreshold slope (SS) and drain induced barrier lowering (DIBL).The obtained results for (SS) and (DIBL) for m=1 show the values of 8.24mV/dec and 0.064, respectively, which are very suitable for transistor applications. Finally we achieve the analog characteristics of the simulated field effect transistor such as transconductance, output conductance, output resistance and voltage gain and study the parameters affecting these figures of merits.