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GaN纳米线全包围栅极场效应晶体管结构表面与核心的陷阱效应及1/f噪声效应

DOI：10.1007/s12274-019-2292-0 期刊：Nano Research 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 我们通过电容、电导和噪声测量，研究了采用自上而下工艺制备的三角形一维（1D）氮化镓纳米线全包围栅场效应晶体管（GAA FET）表面及核心区域的陷阱行为。此类低维器件中的表面陷阱对器件性能起决定性作用。估算的表面陷阱密度随频率升高快速下降，从1 kHz时的6.07×1012 cm?2·eV?1降至1 MHz时的1.90×1011 cm?2·eV?1。噪声结果表明：功率谱密度随栅压增大而升高，在所有频率下积累区（Vgs>Vth=3.4V）均呈现明显的1/f噪声特征；在表面耗尽区（1.5V<Vgs<Vth），低频段由1/f噪声主导，当频率超过~5 kHz时则表现为1/f2噪声——该1/f2特性源于额外的产生-复合（G-R）噪声，主要来自纳米线表面耗尽区深陷阱的电子俘获/释放过程。当器件工作在深亚阈值区（Vgs<1.5V）时，1/f2噪声的截止频率进一步下移至102-103 Hz量级，此时深陷阱的电子俘获/释放过程扩展至完全耗尽的纳米线核心区域，整个纳米线沟道均以G-R噪声为主导。
作者： Mallem Siva Pratap Reddy，Ki-Sik Im，Jung-Hee Lee，Raphael Caulmione，Sorin Cristoloveanu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过电容、电导和噪声测量研究三角形一维（1D）氮化镓纳米线全包围栅场效应晶体管（GAA FET）表面及核心的俘获行为，并理解其对器件性能的影响。

研究成果

GaN纳米线GAA FET的俘获效应与低频噪声特性显著受表面陷阱与核心陷阱影响。该器件展现出优异性能，具有高开态/关态电流比（约10^8）和低亚阈值摆幅（70 mV/dec）。陷阱行为随工作区变化：积累区以浅表陷阱产生的1/f噪声为主导；表面耗尽区呈现深陷阱引发的1/f2噪声转变；深亚阈值区则存在核心陷阱产生的具有更低截止频率的G-R噪声。这些发现对开发高性能氮化镓基纳米电子器件至关重要。

研究不足

该研究仅限于室温测量和特定器件几何结构（具有64个指状结构的三角形纳米线）。自上而下的制备工艺可能引入缺陷，且较低的场效应迁移率（9.3 cm2·V?1·s?1）表明晶体质量或极化效应可能存在问题。噪声测量仅限于最高10^4 Hz的频率范围。

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