journal article·2015-01-27

Carbon Nanotube Feedback-Gate Field-Effect Transistor: Suppressing Current Leakage and Increasing On/Off Ratio

Chenguang Qiu, Zhiyong Zhang, Donglai Zhong, Jia Si, Yingjun Yang, Lian-Mao Peng

ACS Nano· Volume 9· Issue 1
Publisher page

Abstract

Field-effect transistors (FETs) based on moderate or large diameter carbon nanotubes (CNTs) usually suffer from ambipolar behavior, large off-state current and small current on/off ratio, which are highly undesirable for digital electronics. To overcome these problems, a feedback-gate (FBG) FET structure is designed and tested. This FBG FET differs from normal top-gate FET by an extra feedback-gate, which is connected directly to the drain electrode of the FET. It is demonstrated that a FBG FET based on a semiconducting CNT with a diameter of 1.5 nm may exhibit low off-state current of about 1 × 10(-13) A, high current on/off ratio of larger than 1 × 10(8), negligible drain-induced off-state leakage current, and good subthreshold swing of 75 mV/DEC even at large source-drain bias and room temperature. The FBG structure is promising for CNT FETs to meet the standard for low-static-power logic electronics applications, and could also be utilized for building FETs using other small band gap semiconductors to suppress leakage current.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Carbon Nanotubes in Composites · Advancements in Semiconductor Devices and Circuit Design · Analog and Mixed-Signal Circuit Design

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Key Laboratory for the Physics and Chemistry of Nanodevices and Department of Electronics, Peking University, Beijing 100871, China

Funding

Ministry of Science and Technology of the People's Republic of China · National Natural Science Foundation of China · Beijing Municipal Science and Technology Commission

References (60)

Show source-provided references
1. Tan S. J. · Nature · 1998 · 393 · 4910.1038/29954 ↗
2. Javey A. · Nature · 2003 · 424 · 65410.1038/nature01797 ↗
3. Jariwala D. · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 282410.1039/C2CS35335K ↗
4. Wang C. · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 259210.1039/C2CS35325C ↗
5. Burghard M. · Adv. Mater. · 2009 · 21 · 258610.1002/adma.200803582 ↗
6. Ralph K. C. · Proc. IEEE · 2012 · 100 · 172010.1109/JPROC.2012.2190155 ↗
7. Avouris P. · Nat. Nanotechnol. · 2007 · 2 · 60510.1038/nnano.2007.300 ↗
8. Park S. · Nanoscale · 2013 · 5 · 172710.1039/c3nr33560g ↗
9. Franklin A. D. · Nat. Nanotechnol. · 2010 · 5 · 85810.1038/nnano.2010.220 ↗
10. Tulevski G. S. · ACS Nano · 2014 · 8 · 873010.1021/nn503627h ↗
11. Wang C. A. · Nano Res. · 2010 · 3 · 83110.1007/s12274-010-0054-0 ↗
12. Ding L. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 542810.1021/ja8006947 ↗
13. Kang S. J. · Nat. Nanotechnol. · 2007 · 2 · 23010.1038/nnano.2007.77 ↗
14. Jin S. H. · Nat. Nanotechnol. · 2013 · 8 · 34710.1038/nnano.2013.56 ↗
15. Park H. · Nat. Nanotechnol. · 2012 · 7 · 78710.1038/nnano.2012.189 ↗
16. Cao Q. · Nat. Nanotechnol. · 2013 · 8 · 18010.1038/nnano.2012.257 ↗
17. Cao Q. · Nature · 2008 · 454 · 49510.1038/nature07110 ↗
18. Shulaker M. M. · Nature · 2013 · 501 · 52610.1038/nature12502 ↗
19. Ding L. · Nat. Commun. · 2012 · 3 · 67710.1038/ncomms1682 ↗
20. Sun D.-M. · Nat. Nanotechnol. · 2011 · 6 · 15610.1038/nnano.2011.1 ↗
21. Chen Z. Y. · Science · 2006 · 311 · 173510.1126/science.1122797 ↗
22. Shulaker M. M. · ACS Nano · 2014 · 8 · 343410.1021/nn406301r ↗
23. Pei T. · Nano Lett. · 2014 · 14 · 310210.1021/nl5001604 ↗
24. Ding L. · ACS Nano · 2012 · 6 · 401310.1021/nn300320j ↗
25. Chen H. T. · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 409710.1038/ncomms5097 ↗
26. Steiner M. · Appl. Phys. Lett. · 2012 · 101 · 05312310.1063/1.4742325 ↗
27. Durkop T. · Nano Lett. · 2004 · 4 · 3510.1021/nl034841q ↗
28. Chau R. · IEEE Trans. Nanotechnol. · 2005 · 4 · 15310.1109/TNANO.2004.842073 ↗
29. Zhang Z. Y. · Appl. Phys. Lett. · 2008 · 92 · 13311710.1063/1.2907696 ↗
30. Rutherglen C. · Nat. Nanotechnol. · 2009 · 4 · 81110.1038/nnano.2009.355 ↗
31. Kim B. · Appl. Phys. Lett. · 2014 · 104 · 062101-1
32. Che Y. C. · ACS Nano · 2012 · 6 · 693610.1021/nn301972j ↗
33. Che Y. C. · ACS Nano · 2013 · 7 · 434310.1021/nn400847r ↗
34. Ding L. · Appl. Phys. Lett. · 2012 · 100 · 26311610.1063/1.4731776 ↗
35. Franklin A. D. · Nature · 2013 · 498 · 44310.1038/498443a ↗
36. Liang S. B. · Appl. Phys. Lett. · 2014 · 105 · 06310110.1063/1.4892918 ↗
37. Radosavljevic M. · Appl. Phys. Lett. · 2003 · 83 · 243510.1063/1.1610791 ↗
38. Lu Y. R. · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 351810.1021/ja058836v ↗
39. Franklin A. D. · Appl. Phys. Lett. · 2013 · 102 · 01310810.1063/1.4774000 ↗
40. Kim N. S. · Computer · 2003 · 36 · 68
41. Geier M. L. · Nano Lett. · 2013 · 13 · 481010.1021/nl402478p ↗
42. Javey A. · Nano Lett. · 2004 · 4 · 131910.1021/nl049222b ↗
43. Zhang Z. Y. · Nano Lett. · 2008 · 8 · 369610.1021/nl8018802 ↗
44. Zhang Z. Y. · ACS Nano · 2009 · 3 · 378110.1021/nn901079p ↗
45. Ding L. · Nano Lett. · 2009 · 9 · 420910.1021/nl9024243 ↗
46. Franklin A. D. · Nano Lett. · 2013 · 13 · 249010.1021/nl400544q ↗
47. Choi S.-J. · ACS Nano · 2013 · 7 · 79810.1021/nn305277d ↗
48. Appenzeller J. · Phys. Rev. Lett. · 2002 · 89 · 12680110.1103/PhysRevLett.89.126801 ↗
49. McEuen P. L. · MRS Bull. · 2004 · 29 · 27210.1557/mrs2004.79 ↗
50. Zhang Z. Y. · Nano Lett. · 2007 · 7 · 360310.1021/nl0717107 ↗
51. Javey A. · Nano Lett. · 2004 · 4 · 131910.1021/nl049222b ↗
52. Zhang Z. Y. · Chin. Sci. Bull. · 2012 · 57 · 13510.1007/s11434-011-4791-6 ↗
53. Javey A. · Nano Lett. · 2005 · 5 · 34510.1021/nl047931j ↗
54. Lin Y. M. · Nano Lett. · 2004 · 4 · 94710.1021/nl049745j ↗
55. Li J. · Nanotechnology · 2005 · 16 · 141510.1088/0957-4484/16/8/074 ↗
56. Ungersboeck E. · IEEE Trans. Nanotechnol. · 2005 · 4 · 53310.1109/TNANO.2005.851402 ↗
57. 10.1109/IEDM.2009.542425810.1109/IEDM.2009.5424258 ↗
58. Bryllert T. · IEEE Electron Device Lett. · 2006 · 27 · 32310.1109/LED.2006.873371 ↗
59. Xiang J. · Nature · 2006 · 441 · 48910.1038/nature04796 ↗
60. Yu W. J. · Sci. Rep. · 2013 · 3 · 179410.1038/srep01794 ↗