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Subthermionic negative capacitance ion sensitive field-effect transistor

Résumé

One of the main advantages of Ion-Sensitive Field-Effect Transistor (ISFET) technology is the capability to exploit technological advancements initially developed for conventional FETs for logic applications, such as the employ of high-k dielectrics for the gate and the definition of fully depleted and gate all around structures. Negative Capacitance (NC) is an emerging concept exploiting ferroelectric materials integrated in field effect transistor gate stacks in order to decrease their subthreshold swing and improve the drain current (I-D) overdrive in order to reach more energy efficient devices, operated at lower voltage. In this work, we investigate and experimentally demonstrate the application of this concept to enable subthermionic ISFETs with enhanced current sensitivity and low power operation. A physical model for the introduced NC ISFET is presented and optimized by fitting of the experimental results, providing further insights into the sensor parameters and a predictive tool for the design of future NC-based sensors.

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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.
Transistor
vignette|Quelques modèles de transistors. Le transistor est un composant électronique à semi-conducteur permettant de contrôler ou d'amplifier des tensions et des courants électriques. C'est le composant actif le plus important des circuits électroniques aussi bien en basse qu'en haute tension : circuits logiques (il permet, assemblé avec d'autres, d'effectuer des opérations logiques pour des programmes informatiques), amplificateur, stabilisateur de tension, modulation de signal Les transistors revêtent une importance particulière dans les circuits intégrés, ce qui rend possible la microélectronique.
Multigate device
A multigate device, multi-gate MOSFET or multi-gate field-effect transistor (MuGFET) refers to a metal–oxide–semiconductor field-effect transistor (MOSFET) that has more than one gate on a single transistor. The multiple gates may be controlled by a single gate electrode, wherein the multiple gate surfaces act electrically as a single gate, or by independent gate electrodes. A multigate device employing independent gate electrodes is sometimes called a multiple-independent-gate field-effect transistor (MIGFET).
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