Com o desenvolvimento da tecnologia de circuitos integrados (CI), a escala dos transistores de efeito de campo (FETs) de semicondutores de óxido metálico (MOS) baseados em silício está se aproximando de seus limites físicos fundamentais. Nanotubos de carbono (NTCs) são considerados materiais promissores na era pós-silício devido à sua espessura atômica e propriedades elétricas únicas, com potencial para melhorar o desempenho dos transistores e, ao mesmo tempo, reduzir o consumo de energia. Nanotubos de carbono alinhados de alta pureza (A-CNT) são uma escolha ideal para acionar CIs avançados devido à sua alta densidade de corrente. No entanto, quando o comprimento do canal (Lch) diminui abaixo de 30 nm, o desempenho do FET A-CNT de porta única (SG) diminui significativamente, manifestando-se principalmente pela deterioração das características de comutação e aumento da corrente de fuga. Este artigo tem como objetivo revelar o mecanismo de degradação do desempenho do FET A-CNT por meio de pesquisa teórica e experimental, e propor soluções.

O acadêmico Peng Lianmao, o pesquisador Qiu Chengguang e o pesquisador Liu Fei, da Universidade de Pequim, superaram o acoplamento eletrostático entre nanotubos de carbono (CNTs) por meio de uma estrutura de porta dupla para atingir o limite de comutação de Boltzmann dos transistores de nanotubos de carbono (CNT-FET). Pesquisas constataram que nanotubos de carbono alinhados de alta densidade (A-CNTs) apresentam estreitamento significativo da banda proibida (BGN) devido ao empilhamento em configurações tradicionais de porta única, afetando assim suas vantagens eletrostáticas inerentes quase unidimensionais.

Por meio de simulação teórica e verificação experimental, foi proposta uma estrutura de porta dupla eficaz, capaz de reduzir significativamente o efeito BGN, atingir a oscilação subliminar (SS) do FET A-CNT até o limite de emissão térmica de Boltzmann de 60 mV/década e atingir uma relação de corrente de comutação superior a 10 ^ 6. Além disso, o FET A-CNT de porta dupla ultracurta de 10 nm preparado apresenta excelente desempenho, como alta corrente de saturação (acima de 1,8 mA/μm), alta transcondutância de pico (2,1 mS/μm) e baixo consumo de energia estática (10 nW/μm), atendendo aos requisitos de circuitos integrados avançados. Os resultados da pesquisa relacionada foram publicados na ACS Nano sob o título "Realizing Boltzmann Switching Limit in Carbon Nano Transistors through Combining Intertube Electrostatic Coupling" (Realizando o Limite de Comutação de Boltzmann em Transistores de Nanotubos de Carbono por meio da Combinação de Acoplamento Eletrostático Intertubos).

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