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Polarity-Controllable Silicon Nanowire Transistors with Dual Threshold Voltages

Résumé

Gate-all-around (GAA) silicon nanowires enable an unprecedented electrostatic control on the semiconductor channel that can push device performance with continuous scaling. In modern electronic circuits, the control of the threshold voltage is essential for improving circuit performance and reducing static power consumption. Here, we propose a silicon Wnanowire transistor with three independent GAA electrodes, demonstrating, within a unique device, a dynamic configurability in terms of both polarity and threshold voltage (V-T). This silicon nanowire transistor is fabricated using a vertically stacked structure with a top-down approach. Unlike conventional threshold voltage modulation techniques, the threshold control of this device is achieved by adapting the control scheme of the potential barriers at the source and drain interfaces and in the channel. Compared to conventional dual-threshold techniques, the proposed device does not tradeoff the leakage reduction at the detriment of the ON-state current, but only through a later turn-ON coming from a higher V-T. This property offers leakage control at a reduction of loss in performance. The measured characteristic demonstrates a threshold voltage difference of similar to 0.5 V between low-V-T and high-V-T configurations, while high-V-T configuration reduces the leakage current by two orders of magnitude as compared to low-V-T configuration.

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Threshold voltage
The threshold voltage, commonly abbreviated as Vth or VGS(th), of a field-effect transistor (FET) is the minimum gate-to-source voltage (VGS) that is needed to create a conducting path between the source and drain terminals. It is an important scaling factor to maintain power efficiency. When referring to a junction field-effect transistor (JFET), the threshold voltage is often called pinch-off voltage instead.
Transistor à effet de champ à grille métal-oxyde
thumb|right|235px|Photographie représentant deux MOSFET et une allumette Un transistor à effet de champ à grille isolée plus couramment nommé MOSFET (acronyme anglais de metal-oxide-semiconductor field-effect transistor — qui se traduit par transistor à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur), est un type de transistor à effet de champ. Comme tous les transistors, le MOSFET module le courant qui le traverse à l'aide d'un signal appliqué sur son électrode nommée grille.
Transistor à effet de champ
Un transistor à effet de champ (en anglais, Field-effect transistor ou FET) est un dispositif semi-conducteur de la famille des transistors. Sa particularité est d'utiliser un champ électrique pour contrôler la forme et donc la conductivité d'un « canal » dans un matériau semiconducteur. Il concurrence le transistor bipolaire dans de nombreux domaines d'applications, tels que l'électronique numérique. Le premier brevet sur le transistor à effet de champ a été déposé en 1925 par Julius E. Lilienfeld.
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