异质介质双栅结构提升石墨烯纳米带隧穿场效应晶体管(GNR TFET)的模拟/射频性能

本研究针对传统隧穿场效应晶体管性能局限，通过异质介质双栅架构创新设计，采用二维泊松方程与抛物线近似法构建解析模型。结果表明：双材料双栅GNR TFET使亚阈值摆幅降至24.49 mV/dec，开关电流比达108，截止频率提升至28 GHz，为低功耗高频器件开发提供新方案。

　　

石墨烯纳米带隧穿场效应晶体管（Graphene Nano-Ribbon Tunnel FETs, GNR TFETs）凭借其卓越的电学特性，已成为低功耗和高频应用领域备受瞩目的器件结构。通过栅极工程优化载流子传输特性，该器件相比传统TFETs展现出显著性能提升。

研究方法采用二维框架下的泊松方程，通过抛物线近似法进行解析求解。器件结构创新性地整合了两种不同功函数金属栅极（M1和M2）以及高介电常数介质氧化铪（HfO₂），有效实现了能带隙调控。解析结果通过技术计算机辅助设计（TCAD）Silvaco工具进行仿真验证，重点对比了表面电势、电场分布和漏极特性曲线。

研究结果显示：双材料双栅（DM DG）GNR TFET通过材料与栅极协同优化，显著提升了表面电势、电场强度和漏极电流。凭借高达10⁸的开关电流比（I_ON/I_OFF）和低至24.49 mV/dec的亚阈值摆幅，该器件不仅适用于高频电路，更大幅改善了开关特性。

讨论部分指出：该模型实现了28 GHz的截止频率，所有关键参数均与TCAD仿真高度吻合。双栅结构与异质材料工程的引入，为器件性能突破提供了关键路径。

结论强调：DM DG GNR TFET展现的优越电学特性，使其成为新一代低功耗高频电子器件的理想选择，其优化的开关比和亚阈值特性为未来集成电路发展指明新方向。