《基於器件物理的射頻石墨烯場效應管集約模型研究》是依託武漢大學，由常勝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於器件物理的射頻石墨烯場效應管集約模型研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：常勝
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石墨烯場效應管（GFET）作為新型納米電子器件在射頻領域有廣泛的套用前景。其製備和材料物性分析已火熱展開，但對器件的工作機理及可用於電路設計的集約模型的研究尚十分缺乏。.本項目擬從器件物理出發，對射頻條件下GFET大信號準彈道工作機理做出理論研究；給出GFET特徵參量的解析表達，建立射頻集約模型；運用模型預測GFET性能，指導GFET套用電路設計。.創新之處表現為：.①區別於現有的唯象描述，對GFET射頻工作機理做出理論解釋。通過對大信號條件下的載流子-聲子相互作用、高頻條件下接觸電阻和界面電荷陷阱帶來的短溝效應的研究，明晰器件性能與器件尺度間的物理關係。.② 建立面向電路設計的射頻GFET集約模型。不同於矽基器件的飄移擴散理論，以溝道勢為核心參量建立量子解析流程；區別於現有的直流模型，建立射頻集約模型，有效反映器件高頻、大信號下的工作特性；模型與SPICE和ADS兼容，可指導電路設計。
結題摘要
本課題按照研究計畫分析了石墨烯場效應器件在高頻下的工作原理、建立了面向電路設計的石墨烯場效應器件集約模型、最佳化設計了器件結構與其射頻套用電路。此外，為更好地理解石墨烯場效應器件的工作機理，擴展探討了石墨烯納米器件結構與性能之間的關係；針對實驗報導石墨烯場效應管測試數據較少的困難，展開了對神經網路器件建模方法的研究；為豐富對石墨烯場效應器件頻率特性的研究，增加了對器件噪聲性能的分析。 通過研究，總結了缺陷對石墨烯能帶結構的影響，進而拓展到缺陷對石墨烯場效應器件性能的影響；裁剪石墨烯的形狀，設計了十字型結構和網孔型結構，發現十字結構能產生微分負阻，而網孔結構可靈活的調節石墨烯的能帶；對石墨烯場效應器件實現了基於Verilog-A語言的集約模型，模型可適用於主流電路設計與分析平台；在此基礎上引入機器學習的建模思路，對碳納米管和石墨烯場效應管實現了BP神經網路以及知識基神經網路的電路級模型建模；在基本集約模型的基礎上，探討了噪聲對器件性能的影響並進行了建模；對以石墨烯為代表的新型碳基場效應器件的結構進行了最佳化設計，給出了勢壘控制、溝道形狀、長度、柵形控制等器件結構參數的最佳化策略；利用得到的集約模型，設計了混頻器等典型射頻電路，分析了石墨烯場效應管射頻電路的性能；利用得到的微分負阻特性設計了電流型三值全加器電路，探索了石墨烯器件在多值邏輯領域的套用空間。此外，在此基金的部分資助下，還研究了基於機器學習的偽造指紋識別、光電場效應電晶體在高溫測溫計中的套用、硬體友好的圖像壓縮算法、以及數字邏輯電路中數據位寬對設計效率的影響。 在本課題的支持下，發表了27篇研究論文（包括1篇已接收論文）。國際刊物17篇，國核心心刊物9篇，國內一般刊物1篇。其中SCI已收錄10篇，EI已收錄16篇，ISTP已收錄6篇。參加國際會議4次，參加全國性會議1次。申請發明專利3項。培養在讀博士生2人，畢業碩士生2人，在讀碩士生3人。 項目經費按照規範使用。 項目達到了預期目標，超額完成預期研究成果任務。 基於本項目研究的體會，建議今後可進一步關注納米尺度下各種新結構與新器件的設計以及相應的電路級模型的構建。
