Modellistica TCAD di transistori innovativi in grafene

Nei circuiti elettronici di ultima generazione, il raggiungimento della massima efficienza energetica rappresenta un requisito imprescindibile per sostenere lo scaling tecnologico e l’integrazione sempre più spinta dei dispositivi. La riduzione del consumo complessivo di potenza è strettamente legata all’abbassamento della pendenza sottosoglia dei transistori, il cui valore minimo è vincolato da un limite termodinamico pari a 60 mV/dec. Tra le diverse soluzioni innovative proposte per superare tale limite, l’impiego del grafene nei dispositivi elettronici si è dimostrato particolarmente promettente ed efficace. Questo semimetallo, infatti, se utilizzato in combinazione con specifici semiconduttori, consente di sopprimere la coda ad alta energia della distribuzione di Boltzmann, filtrando gli elettroni aventi energia elevata e permettendo così di ottenere valori di pendenza sottosoglia significativamente inferiori a 60 mV/dec. L’implementazione del grafene in un ambiente TCAD ha rappresentato un primo passo fondamentale per la modellazione e la simulazione dei dispositivi elettronici attuali e futuri basati su questo materiale. Le proprietà caratteristiche del grafene sono state replicate con successo, sia per quanto riguarda gli aspetti chimico-fisici sia in relazione ai fenomeni di trasporto di carica. Il simulatore si è dimostrato in grado di restituire curve I-V corrette e coerenti con quelle attese per un transistore a effetto di campo avente un canale conduttivo costituito interamente da grafene. Inoltre, è stato possibile dimostrare che all’interno dell’ambiente TCAD può essere realizzata una giunzione bipolare in grafene regolabile, dalla quale sono state estratte le corrispondenti caratteristiche di resistività. Quest’ultimo parametro risulta di particolare rilevanza per la comprensione e la futura realizzazione di un DS-FET completo.