全环绕栅极纳米片与纳米线nFET在2.45GHz弱能量密度微波无线能量传输中的高效整流研究

【编辑推荐】本文基于Sentaurus TCAD仿真设计低阈值电压全环绕栅极（GAA）纳米片/纳米线nFET，利用其共栅堆叠结构实现高驱动电流、低反向漏电流特性，构建半波整流电路验证-10dBm至-15dBm弱能量密度下的整流效率。结果表明GAA纳米线nFET效率达19.745%，显著优于传统Si基nMOSFET（10.942%），为2.45GHz微波能量采集系统提供了新型整流器件解决方案。

　　

亮点

基于全环绕栅极（GAA）结构优势，本研究首次提出适用于2.45GHz弱能量密度整流的新型纳米片与纳米线nFET设计。通过Sentaurus TCAD优化器件参数，实现接近零阈值电压（V_th≈0），使器件在微弱电压下即可导通，同时采用创新衬底偏置连接法抑制关态漏电流。

整流电路构建

MOSFET作为整流二极管时存在多种电极连接方式。图21(a)展示传统连接法（栅极与漏极共接作为阴极），而本研究采用图21(b)创新连接法——将源极与衬底分离并施加反向偏置，利用体效应（Body Effect）进一步降低漏电流。这种"衬底偏置魔术"使GAA器件在弱信号下的整流性能提升37.6%。

结论

通过TCAD仿真验证，GAA纳米线nFET在-10dBm输入时整流效率达19.745%，较传统Si基nMOSFET（10.942%）实现近倍提升。即使在-15dBm极端弱能量下，仍保持9.806%效率，展现其作为"微波能量捕手"的卓越潜力。该研究为可穿戴设备、物联网传感器等微功率电子产品的自供电问题提供了新思路。

作者贡献声明

李华腾：原始稿件撰写、软件仿真、数据分析；黄从洋：数据采集；吴越：验证与仿真；张宇辰：可视化与算法开发；宋建军：论文指导与修订。

利益冲突声明

作者声明无任何可能影响本研究结果的财务或个人关系。