引言
由于先进器件复杂度的增加，器件仿真的作用不可或缺。在这一方向上，已经研究了多种器件结构，如双栅场效应晶体管、鳍式场效应晶体管、隧道场效应晶体管、纳米线场效应晶体管和纳米片场效应晶体管[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]。在此背景下，基于纳米线的场效应晶体管的先进生长技术为器件微型化开辟了道路，旨在满足电子应用中商用芯片集成密度增加的需求[11], [12], [13], [14], [15]。这类基于纳米线的场效应晶体管由于其栅极全环绕结构，相比传统平面器件具有更好的静电栅极控制能力，该结构从沟道所有侧面提供均匀的栅极控制。由于其内在性质，即原子尺度下量子限制效应抑制了散射机制，这带来了更好的CMOS器件缩放和优异的短沟道控制能力。在此，器件的本质特性——栅电极完全覆盖并包裹器件沟道——导致开关效率的提升和漏电流的降低。这实现了改善的器件性能和理想的能量效率。因此，在这一方向上，对栅极全环绕场效应晶体管的持续研究非常重要，因为它对器件沟道输运具有内在的静电控制能力。GAA-FET通过利用完全包围沟道的栅极结构，增强了对沟道静电输运的控制，使其成为未来技术节点的有利选择[16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24]。随着晶体管尺寸缩小，短沟道效应开始显现。为减轻这些效应，GAA FET提供了一种高效的解决方案。最近的研究表明，垂直堆叠的基于纳米线的GAA晶体管具有低关态和高开态性能的潜力。为实现最佳器件性能，必须仔细处理多个因素，包括热管理、设计以及间隔层的优化（间隔层用于将栅极与源极和漏极区域隔开，对于改善栅极控制、最小化寄生电容和降低漏电流至关重要）。晶体管的缩小和摩尔定律的延伸正推动大规模集成电路向亚10纳米范围发展。随着沟道长度减小，它影响栅极对电流的控制。这导致短沟道效应和漏电流；因此，多个参数（亚阈值摆幅、跨导、I On/I off比、功耗）对于精确研究至关重要。为了更准确地预测和评估亚10纳米尺度器件的性能，我们需要研究超出理想情况的范围，包括所有真实现象，如退相干、声子散射、量子相干性和耗散输运[25], [26], [27], [28], [29], [30]。当量子相干性破坏时发生退相干；这一切都是由于散射引起的，无论是电子-电子、电子-声子还是杂质散射。退相干可能源于动量弛豫、相位弛豫或两者的结合。这种退相干导致能量耗散和局部热量产生，从而影响器件的转移特性。过度的热量产生可能导致器件失效，强化了适当材料选择的必要性，这使得退相干的研究势在必行[31], [32], [33], [34], [35]。因此，研究退相干对器件功能的影响变得极为重要，通过研究其对输出和转移特性的影响。这种研究可以通过使用非平衡格林函数方法进行第一性原理自洽量子输运计算来完成[36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45], [46], [47], [48], [49], [50], [51], [52], [53], [54], [55], [56]。在此框架下，电子-声子相互作用是退相干机制的主要来源，可以通过将声子视为独立振子浴，在模型形变势下与沟道电子局域相互作用来处理，该势场被电子感受且与晶格的离子位移成正比。由于这种GAA-FET的沟道输运可以通过静电控制，这些器件在pH传感、生物传感和其他放大相关应用中具有潜力。例如，基于GAA-FET的生物传感器可用于无标记检测。这种窄线宽GAA-FET由于其可扩展性、灵敏度以及与现代技术的高度适应性和兼容性，在生物传感应用中具有发挥重要作用的巨大潜力[57], [58], [59], [60], [61], [62]。应用范围广泛，从毒性测试和化学分析到食品工业和环境监测等。这类生物传感器的工作原理基于器件指标的检测变化，从亚阈值摆幅、输出特性、转移特性阈值电压的变化，到在生物分子存在下关态电流和开/关电流比的变化。鉴于此，提出了几种有趣的分析模型，采用三栅极MOSFET与栅极堆叠和锗源极，以改善器件性能[63], [64], [65], [66], [67], [68]。在本工作中，我们研究了退相干对这类GAA-FET输出和转移特性的影响，并分析了退相干下器件的能量-电流谱及其在器件性能中的作用。第二节描述了简要的制造流程图，并讨论了理论方面，包括建模和退相干机制（含相位和动量弛豫），以及退相干在这种纳米线GAA-FET中的NEGF实现。模拟结果，包括退相干对转移特性和能量-电流谱的影响，在第三节中讨论。第四节总结了这项工作。
