Численное моделирование трехбарьерных резонансно-туннельных диодов на основе графена

И. И. Абрамов, Н. В. Коломейцева, В. А. Лабунов, И. А. Романова, И. Ю. Щербакова

Аннотация


Описана разработанная комбинированная численная самосогласованная модель для расчета электрических характеристик многобарьерных наноструктур на основе двухслойного графена. С ее использованием рассчитаны вольт-амперные характеристики (ВАХ) трех-, четырех- и пятибарьерных резонансно-туннельных диодов (РТД) на основе графена на подложке диоксида кремния (SiO2). Исследова- но влияние ширин барьеров и квантовых ям на ВАХ трехбарьерных РТД на основе графена на подложке SiO2. Рассмотрены структуры с симметричными барьерами и ямами. Установлено, что увеличение ширин квантовых ям приводит к существенному уменьшению плотностей пиковых токов и токов долины, а увеличение ширин потен- циальных барьеров приводит к незначительному уменьшению плот- ности тока первого пика, а также к увеличению плотностей токов второго пика и долины.Рассчитаны также зависимости плотностей токов от напряжений для РТД с четырьмя и пятью барьерами на основе гексагонального нитрида бора (h-BN) и диоксида кремния (SiO2) и квантовыми ямами на основе двухслойного графена. Проведено сравнение ВАХ исследованных РТД.

 

Абрамов И. И., Коломейцева Н. В., Лабунов В. А., Романова И. А., Щербакова И. Ю. Численное моделирование трехбарьерных резо- нансно-туннельных диодов на основе графена. Ural Radio Engineering Journal. 2019;3(4):343–355. DOI: 10.15826/urej.2019.3.4.001




Ключевые слова


моделирование; графен; резонансно-туннельный диод; многобарьерные наноструктуры; формализм волновых функций; численная комбинированная модель

Полный текст:

Без имени

Литература


Aliofkhazraei M., Ali N., Milne W. I., Ozkan C. S., Mitura S., Gervasoni J. L. (eds) Graphene science handbook: Applications and industrialization. CRC Press; 2016.

Dragoman M., Dragoman D. 2D Nanoelectronics: physics and devices of atomically thin materials. Springer International publishing; 2017.

Ратников П. В., Силин А. П. Двумерная графеновая электроника: современное состояние и перспективы. Успехи физических наук. 2018;188(12):1249–1287. DOI: 10.3367/UFNr.2017.11.038231

Ferrari A. C., Bonaccorso F., Fal’ko V., Novoselov K. S. et al. Science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems. Nanoscale. 2015;(7):4598–4810. DOI: 10.1039/C4NR01600A

Абрамов И. И., Коломейцева Н. В., Лабунов В. А., Романова И. А. Моделирование резонансно-туннельных диодов на основе графена на подложках различного типа. Нано- и микросистемная техника. 2015;(11):3–10.

Абрамов И. И., Коломейцева Н. В., Лабунов В. А., Романова И. А. Моделирование резонансно-туннельных приборных структур на основе углеродных наноматериалов. Нанотехнологии, разработка, приме- нение: XXI век. 2017;(3):3–11.

Abramov I. I., Labunov V. A., Kolomejtseva N. V., Romanova I. A., Shcherbakova I. Y. Simulation of graphene field-effect transistors and resonant tunneling diodes based on carbon nanomaterials. In: Proc. SPIE 11022, International Conference on Micro- and Nano-Electronics 2018 (15 March 2019), 110220F. DOI: 10.1117/12.2520729

Абрамов И. И., Коломейцева Н. В., Лабунов В. А., Романова И. А., Щербакова И. Ю. Моделирование полевых графеновых транзисторов с одним и двумя затворами в различных режимах функционирования. Нанотехнологии, разработка, применение: XXI век. 2018;(3):16–24. DOI: 10.18127/j22250980-201803-02

Абрамов И. И., Коломейцева Н. В., Лабунов В. А., Романова И. А., Щербакова И. Ю. Моделирование передаточных характеристик двухзатворных полевых графеновых транзисторов. Нано- и микросистемная техника. 2018;(11):643–650. DOI: 10.17587/nmst.20.643-650

Kasagi K., Suzuki S., Asada M. Large-scale array of resonant- tunneling-diode terahertz oscillators for high output power at 1THz. Journal of Applied Physics. 2019;125(15):151601. DOI: 10.1063/1.5051007

Абрамов И. И., Новик Е. Г. Характеристики металлических одноэлектронных транзисторов на различных материалах. Физика и техника полупроводников. 2000;34(8):1014–1019.

Абрамов И. И., Игнатенко С. А., Новик Е. Г. Влияние параметров конструкции и материалов на вольт-амперные характеристики двухостровковых одноэлектронных структур. Физика и техника по- лупроводников. 2002;36(10):1272–1277.

Абрамов И. И., Игнатенко С. А., Новик Е. Г. Модель многоостровковых одноэлектронных цепочек на основе метода Монте-Карло. Физика и техника полупроводников. 2003;37(5):583–587

Абрамов И. И. Основы моделирования элементов микро- и нано- электроники. Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing; 2016.

Абрамов И. И. Проблемы и принципы физики и моделирования приборных структур микро- и наноэлектроники. V. Резонансно-туннельные структуры. Нано- и микросистемная техника. 2007;(3):57–70.

Абрамов И. И., Гончаренко И. А., Коломейцева Н. В. Комби- нированная модель резонансно-туннельного диода. Физика и техни-

ка полупроводников. 2005;39(9):1138–1145.

Абрамов И. И., Гончаренко И. А. Численная комбинированная модель резонансно-туннельного диода. Электромагнитные вол- ны и электронные системы. 2002;7(3):54–60.

Xu K., Zeng C., Zhang Q., Yan R., Wang K., Seabaugh A. C., Xing H. G., Suehle J. S., Richter C. A., Gundlach D. J., Nguyen N. V. Direct measurement of Dirac point energy at the graphene/oxide interface. Nano Lett. 2013;13(1):131–136.

Zou K., Hong X., Zhu J. Effective mass of electrons and holes in bilayer graphene: Electron-hole asymmetry and electron-electron interaction. Physical Review B. 2011;84:085408. DOI: 10.1103/ PhysRevB.84.085408

Абрамов И. И., Коломейцева Н. В., Лабунов В. А., Романова И. А. Численное моделирование многобарьерных резонансно-туннельных структур на основе двухслойного графена. В: СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КРЫМИКО’2017): материалы 27-й Междунар. Крымской конф., г. Севастополь, 10–16 сентя- бря 2017 г. Севастополь: Севастоп. гос. ун-т; 2017. Т. 4. С. 1108–1114.

Fiori G., Betti A., Bruzzone S., D’Amico P., Iannaccone G. Nanodevices in Flatland: Two-dimensional graphene-based transistors with high Ion/Ioff ratio. In: 2011 International Electron Devices Meeting, 5–7 Dec. 2011. Washington, DC, USA; 2011. DOI: 10.1109/ IEDM.2011.6131533

Абрамов И. И., Гончаренко И. А., Игнатенко С. А., Королев А. В., Новик Е. Г., Рогачев А. И. Система моделирования наноэлектронных приборов – NANODEV. Микроэлектроника. 2003;32(2):124–133.

Abramov I. I., Baranoff A. L., Goncharenko I. A., Kolomejtseva N. V., Bely Y. L., Shcherbakova I. Y. A nanoelectronic device simulation software system NANODEV: New opportunities. In: Proc. SPIE 7521, International Conference on Micro- and Nano-Electronics 2009, (26 February 2010), 75211E. DOI: 10.1117/12.853521




DOI: https://doi.org/10.15826/urej.2019.3.4.001