I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   25,   N o .   1,   J a n ua r y   2022,   pp.   1 38 ~1 43   I S S N:  2502 - 4752,   DO I 10 . 11591/i j e e c s . v 25. i 1. pp1 38 - 1 43             1 38       Jou r n al  h o m e page :   ht tp: // ij e e c s . iaes c or e . c om   C h ar ac t e r iz at io n  of  si li c on  t u n n e f ie ld  e f f e c t  t r an si st or  b ase d  on   c h ar ge  p la s m a       F i r as   Nat h e e r   Abd u l - k ad i r ,   F a r is   Has s an   T ah a     D e pa r tm e nt   of   E le c t r ic a E ngi n e e r in g, C o ll e ge   of  E ngi n e e r in g,  U ni ve r s it y   of  M o s ul ,   M o s ul ,   I r a q       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT     A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve J u n   25 ,   2021   R e vi s e Oc t   26 ,   2021   A c c e pt e N o v   26 ,   2021       T h e   a i m   o t h p ro p o s ed   p ap e r   i s   a n   an a l y t i c a l   mo d el   a n d   r e a l i zat i o n   o f   t h c h ara c t e ri s t i c s   fo r   t u n n e l   fi el d - e ff ec t   t ran s i s t o (T FE T b as e d   o n   ch arg p l as m (CP).   O n e   o t h e   mo s t   ap p l i c at i o n s   o t h T FE T   d ev i ce   w h i c h   o p e rat e s   b as ed   o n   CP   t ech n i q u i s   t h e   b i o s en s o r.   CP - T FE T   i s   t o   b u s e d   as   an   e ff ec t i v e   d e v i ce   t o   d e t ec t   t h u n ch arg ed   mo l ecu l es   o t h e   b i o - s a m p l s o l u t i o n .   C h arg p l as m a   i s   o n e   o f   s o me   t ec h n i q u e s   t h a t   recen t l y   i n v i t ed   t o   i n d u ce   ch arg e   c arr i e rs   i n s i d e   t h e   d e v i ce s .   I n   t h i s   p ro p o s e d   p ap e w u s e   a   h i g h   w o rk   f u n c t i o n   i n   t h s o u r ce  = 5 . 9 3   eV t o   i n d u ce   h o l c h ar g e s   an d   w e   u s e   l o w e w o r k   fu n c t i o n   i n   d rai n   = 3 . 9 0   e V t o   i n d u ce   el ec t ro n   ch arg e s .   Man y   e l ec t ri c a l   ch ara c t e r i zat i o n s   i n   t h i s   p ap e are   co n s i d e r ed   t o   s t u d y   t h p e rfo r m an ce  o f   t h i s   d e v i ce   l i k cu rr e n t   d rai n   ( I D )   v e rs u s   v o l t ag g at (V g s ),   I ON /I OFF   rat i o ,   t h r e s h o l d   v o l t ag ( V T t ran s co n d u ct an ce  (g m ),   an d   s u b - t h re s h o l d   s w i n g   (SS).   T h s i g n i f i c at i o n   o t h i s   p ap e co me s   i n t o   v i ew   e n h an cemen t   t h e   p e rfo r m a n ce   o t h e   d e v i ce .   R e s u l t s   s h o w   t h at   h i g h   d i e l ec t ri c   ( K = 1 2 ),   o x i d e   t h i ck n e s s   (T o x = 1   n m ),   ch an n el   l en g t h   (L c h = 4 2   n m ),   an d   h i g h e w o rk   f u n c t i o n   f o t h e   g at e   = 4 . 5   eV )   t e n d   t o   b e s t   ch arg p l as m s i l i c o n   t u n n e l   fi el d - e ff ec t   t ran s i s t o ch ara c t e r i zat i o n .   K e y w o r ds :   B i o s e n s o r   C ha r ge   p l a s m a   M OSE T   T C A D   T F E T     Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din A u th or :   F i r a s   Na t h e e r   Ab du l - ka d i r   De pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i ne e r i n g,   C o l l e g e   o f   E n g i ne e r i n g,   Uni ve r s i t y   o f   M o s u l   M o s u l ,   I r a q   E m a i l f i r a s _ n a d h e e r @ uo m o s u l . e du. i q       1.   I NT RODU C T I ON     C h a r ge   pl a s m a   a n e l e c t r o s ta t i c   t e c h ni que s   a r e   r e c e n t l y   de vi s e t e c h ni que s   to  pr o v o c a t i o n   t h e   v i r t ua l   d o pi n i n s i de   t h e   de vi c e   [ 1 ],   [ 2] .   I n   t h e   c h a r ge   pl a s m a   t e c h ni que ,   t h e   c h a r ge   c a r r i e r s   a r e   m ot i v a t e w i t hi n   t h e   m a t e r i a l s   by   e m p l o y i n d i f f e r e n t   w o r f un c t i o n s   on   t h e   d r a i n   a n s o ur c e   r e gi o n s ,   wh e r e a s   i n   t h e   e l e c tr o s t a t i c   t e c h ni que ,   t h e   c h a r ge   c a r r i e r s   a r e   m ot i v a t e wi t h i n   t h e   m a t e r i a l s   by   e m p l o y i ng  e x t e r n a l   bi a s   [3 ],   [ 4] .   T h e   t un n e l   f i e l d - e f f e c t   t r a n s i s t or   ( T F E T )   de vi c e   i s   v a s t l y   s t ud i e w i t hi n   t h e   c o n t a i ni n t h e   vi r t ua l   d o pi n g   t e c h ni que s   [5 ] - [ 7 ] .   T F E T   c a n   b e   r e ga r de a s   a   p r o m i s i ng  a l t e r n a t i v e   de vi c e   o f   m e t a l - o xi de - s e m i c o n duc t o r s   f i e l e f f e c t   t r a n s i s t or   ( M OSF E T )   to  o v e r c o m e   t h e   i m p e r f e c t i o n   o f   s h o r c h a nn e l   e f f e c t s   a n b e t t e r m e n t   t h e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   de vi c e   s uc h   a s   hi g h   I ON /I O F F   r a t i o ,   l o OF F - c ur r e n t   s t a t e   l o we r   s ub t h r e s h o l s lo pe   a n mi n im i z e   t h e   p o we r   c o n s u m pt i o n   [ 8 ] - [ 11 ] .   T h e   o p e r a t i n m e c h a ni s m   o f   T F E T   i s   b a s e o n   t h e   b a n d - to - b a n d   t un n e li ng  ph e n o m e n o n ,   whil e   i n   M OSF E T ,   t h e   ope r a t i n m e c h a ni s m   i s   b a s e o n   t h e   t h e r m i o ni c   e mi s s i o n   t e c h ni que   [ 12] - [ 14] .   B e s i de s   a l l   t he s e   a d v a n t a ge s ,   b ut   T F E T   i s   s t i ll   s u f f e r i ng  f r o m   s o m e   pr o bl e m s   a nd  f a c i ng   c h a ll e n g e s   li ke   l o ON - c ur r e n t   s t a t e ,   a m bi po l a r   b e h a vi o r   ( c o n duc t i o n   o f   c ur r e n t   wh e n   t h e   ga t e   bi a s   is   n e ga t i v e ) ,   a n hi g h e r   pa r a s i t i c   c a pa c i t a n c e s   [ 15] - [ 18 ].   On e   o f   t h e   m o s t   a ppl i c a t i o ns   o f   t h e   c h a r ge   p l a s m a   t u n n e l   fi el d - e ff ec t   t ran s i s t o r   ( CP - T F E T i s   t h e   bi o s e n s o r   de vi c e   whi c h   o pe r a t e s   b a s e o n   c ha r ge   p l a s m a   t e c h ni qu e   [ 19] .   T h e r e   a r e   ot h e r   t y p e s   o f   bio s e n s o r s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:  2502 - 4752       C har ac te r iz ati on  of   s il icon   tunnel  f ield   e ff e c tr ans is tor   bas e on  c har ge   plas ma   ( F i r as   N athee r   A bdul - k adir )   139   de vi c e   t h a t   de pe n ds   o n   t h e   i o n - s e n s i t i ve   f i e l d - e f f e c t   tr a n s i s t o r   ( I S F E T )   [ 20] .   I S F E T   o pe r a t e s   o n   f u n da m e n t   t h e   pr e s e n c e   o f   i o ns   i n   t h e   bi o - s a m p l e   s o l ut i o b e l o t h e   d i e l e c t r i c   ga t e ,   b ut  I S F E T   c a n n o t   d e t e c t   t h e   un c h a r ge m o l e c u l e s   f o r   a ny   bi o - s a m p l e ,   s t hi s   c a n   b e   c o n s i d e r e a s   l im i t e r s   o f   I S F E T   [ 19] .   W hil e   C P - T F E T   h a s   b e e n   ve r i f i e t o   b e   us e a s   a n   e f f e c t i v e   de vi c e   t o   de t e c t   t h e   un c h a r ge m o l e c u l e s   o f   t h e   bio - s a m p le   s o l ut i o n   [ 21] ,   [ 22] .   Al s o ,   a n ot h e r   t y pe   o f   F E T   bi o s e n s o r   i s   t h e   d i e l e c t r i c   m o du l a t e de vi c e   h a s   n a med  DM - F E T   bi o s e n s o r   a n DM - T F E T   whi c h   h a v e   hi g h e r   s e ns i t i vi t y   f o r   bi o - s a m p l e   [ 23] ,   [ 24] .   T hi s   pa pe r   o v e r c o m e s   t h e   pr o bl e m   o f   t h e   de tec t   un c h a r ge m o l e c u l e s   a n pr e c i s i o n   o f   t h e   s e n s i t i v i t y ,   by   c o l l e c t i n a l l   t h e   b e ne f i c i a l   f e a t ur e s   o f   t h e   di e l e c t r i c   m o du l a t e ( DM )   bi o s e n s o r ,   c h a r ge   p l a s m a   c o n c e pt i o n   a n T F E T   de vi c e ,   t h e   DM   C P - T F E T   bi o s e n s o r   h a s   b e e n   a n   o n go i n de vi c e   a n i t s   b e tt e r   pe r f o r m a n c e   a s   c o m pa r e w i t h   ot h e r   t y pe s   o f   bi o s e ns o r   [ 25] - [ 27] .   S o,   t h i s   pr o p o s e pa pe r   a i m s   t r e a l i z e   a n s t udy   t h e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   T F E T   de vi c e   t h a t   de p e n o n   t h e   C P   t e c hni qu e ,   a n t h e   s i g nif i c a t i o n   o f   t h e   wor c o m e s   i n t vi e e nh a nc e m e n t   t h e   pe r f o r m a nc e   of   t h e   de vi c e   ( s u b   t h r e s h o l s l o a n I ON /I O F F   r a t i o )   whi c us e a s   a   bi o s e n s o r   a pp l i c a t i o ns .       2.   DE VI CE   S T RU C T UR E   AN P AR AM E T E RS    T h e   s ubs t r uc t ur e   o f   t h e   de vi c e ,   s i li c o n c h a r ge   p l a s m a   t un n e l   f i e l d - e f f e c t   t r a n s i s t or   ( C P - T F E T )   i s   s h o w n   a s   i n   F i gur e   1.   T h e   s o ur c e   a n dr a i n   r e g io n s   a r e   e s t a bli s h e o n   t h e   i n t r i n s i c   b o d y   by   pr o b e r   m e t a l   wo r k   f u n c t i o n .   P +   s o ur c e   i s   i m p l a n t e by   ( ϕ S = 5. 93  e V)   a n N+   dr a i n   i s   i m p l a n t e by   ( ϕ = 3. e V) .   T h e   ga t e   r e gi o ns   a r e   e s t a bl i s he o n   S i O2  by   d if f e r e n m e t a l   wo r k   f u n c t i o n s .   Ga t e 1   a n Ga t e 2   a r e   i m p lan t e b y     = 3. e V) ,   Ga t e 3,   a n Ga t e ( ϕ   = 4 . e V) .   T h e   s t r uc t ur e   o f   t h e   de vi c e   i s   m a k i n t h e   c o n c e n t r a t i o n s   d i s t r i b ut i o n   e l e c t r o n   a n h o l e   a r e   a v a i l a bl e   r e gu l a r   a s o ur c e   a n dr a i n   e l e c t r o de ,   whi c h   m a ke   b e t t e r   c o n tr o l   a n a   gr e a ON   c u r r e n t - s t a t e   [ 28 ] - [ 30] .   T h e   c o n c e n t r a t i o n   o f   s ubs t r a t e   r e gi o n   ( b o d y )   i s   1 × 10 15   cm - 3   whi c r e pr e s e n t s   t h e   s i li c o n   i n t r i n s i c   a n t h e   l e n gt h   o f   t h e   c h a nn e l   i s   43  nm .   Oxi de   l a y e r   t hi c k n e s s   ( S i O2)   un de r   t h e   ga t e   i s   nm   a n t h e   l e n gt h   o f   t h e   ga t e   un de r   l a r e g i o n   ( d i e l e c t r i c )   or   s pa c e   l e n gt h   i s   nm ,   a n d   t h e   a ppl i e d   v o l t a ge   o n   t h e   dr a i n   t e r m i na l   ( Vd)   i s   0. V .     I n   t hi s   a r t i c l e ,   we   s t ud y   a n i nv e s t i ga t e   t h e   i m p o r t a n e l e c t r i c a l   pa r a m e t e r   ( pe r f o r m a n c e )   f o r   t h e   de vi c e   s uc h   a s   I ON ,   I ON /I O F F   r a t i o ,   s ub - t h r e s h o l s lo pe   ( S S ) ,   t h e   t h r e s h o l v o l t a ge   ( VT )   a n t r a n s c o nduc t a n c e   ( g m ) .   T h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   de vi c e   wa s   o b s e r v e by   v a r y i ng  m a ny   f a c t o r s   f o r   t h e   de vi c e   s uc h   a s   d i f f e r e n t   d i e l e c t r i c   c o n s t a n t   ( un de r   l a r e g i o n ( K ) ) ,   o xi de   l a ye r   t hi c k ne s s   ( T OX ) ,   a n c h a nn e l   l e n gt h   ( L C h )   [ 31 ],   [ 32 ].           F i gur e   1.   S c h e m a t i c   s t r uc t ur e   o f   a   C P - T F E T       3.   RE S UL T S   AN DI S CU S S I ON   T h e   s im u l a t i o n   r e s u l t s   a r e   t a ke n   by   u s i ng  t h e   T e c hn o l o g y   C o m put e r   A i de D e s i g n   ( T C AD )   too l .   T h e   ga t e   v o l t a ge   ( V GS )   i s   p l o tt e a ga i ns t   b ot h   dr a i n   c ur r e n t   ( I ON )   a n tr a n s c o n duc t a nc e   ( g m )   i n   F i gu r e   2   a n F i gur e   3   a t   K = 1, 2, 4, 8,   a n 12) .   I n   F i gur e   i s   t he   e f f e c t   o f   d i e l e c t r i c   c o ns t a n t   i n   dr a i n   c ur r e n t ,   wh e r e i n   t h e   ( I ON )   i n c r e a s e s   w h e n   ( K )   i n c r e a s e s   a n s o   o n   i n   F i gur e   o f   t h e   ( gm ) .   T h e   r e l a t i o n   b e t we e n   d i e l e c t r i c   c o n s t a n t   ( k)   v e r s us   t h e   r a t i o   o f     ( I ON /I O F F )   a n s ub t h r e s h o l s l o pe   ( S S )   a r e   pl o tt e d   i n   F i gur e   4,   whi c h   s h o ws   t h e   i nc r e a s e   o f   ( K )   l e t a n   i n c r e a s e   i n   t h e   I ON /I O F F ,   whil e   t h e   o pp o s i t e   o c c ur s   i n   ( S S ) ,   wh e r e   i n c r e a s i n o f   ( K ) ,   r e s u l t   i n   ( SS )   wi ll   d e c r e a s e .   Al s o ,   c a n   b e   f o un t h e   i n t e r s e c t i o n   po i n t   b e t we e n   t h e m   i n   a b o ut  5. 2   o f   ( K ) .   T h e   dr a i n   c ur r e n t   a n t r a n s c o n duc t a n c e   a r e   pl o tt e d   a ga i ns t   v o l t a ge   ga t e   wi t h   a   d i f f e r e n t   t h i c k n e s s   o f   T OX   =   ( 1, 2 , 3,   a n 4)   a s   s h o wn   i n   F i gur e s   a n r e s pe c t i ve ly .   T h e   p l o t s   v a l i da t e   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   de vi c e ,   a de c r e a s i n o f   t h e   ( T OX ) ,   t h e   I D   c ur r e n t   a n g m   w i ll   b e   i n c r e a s i ng.   T h a t s   m e a n   t h e   pr o p o r t i o na l   i s   r e v e r s e   b e t we e n   ( I D   a n gm )   w i t h   ( T OX ).   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N:   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25,   N o .   1 ,   J a n ua r y   2022:  1 38 - 1 43   140       F i gur e   2 I D = ( I ON )   v e r s us   v o l t a ge   ga t e   ( V GS )   a v a r yi ng  ( K )           F i gur e   3 T r a n s c o n duc t a nc e   ( g m )   v e r s u s   v o l t a ge   ga t e   a v a r y i ng  ( K )           F i gur e   4 I ON /I O F F   r a t i o n   a n ( S S )   v e r s us   d i f f e r e n t   d i e l e c t r i c   c o n s t a n t   o f   ( k)           F i gur e   5.   I D   (I ON )   v e r s us   v o l t a ge   ga t e   ( V GS )   a t   v a r y i ng  ( T OX )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:  2502 - 4752       C har ac te r iz ati on  of   s il icon   tunnel  f ield   e ff e c tr ans is tor   bas e on  c har ge   plas ma   ( F i r as   N athee r   A bdul - k adir )   141   T h e   r e l a t i o n   b e t we e n   t hi c k n e s s   m a t e r i a l   ( T OX )   o f   ( S i O2)   v e r s u s   t h e   r a t i o   o f   I ON /I O F F    a n ( SS )   a r e   p l o tt e d   i n   F i gur e   7,   whi c h   s h o ws   t h e   m i n im u m   v a l ue   o f    I ON /I O F F   r a t i o   ( 1. 1 × 10 6 )   wi t h   VD =   0. V   w a s   gott e n   at   T OX = ( a n 2)   nm ,   b ut   a t   T OX = nm ,   t h e     I ON /I O F F   r a t i o   b e ga n   i n c r e a s i n u n t i l   r e a c h e to   a   m a xim u m   v a l ue   ( 1. 3 × 10 9 )   a t   T OX = nm .   W hil e   o c c ur s   o pp o s i t e   i n   ( SS ) ,   wh e r e   t h e   m i n im u m   v a l ue   o f   T OX =   nm   a t   th e   s a me   v a l ue   o f   VD = 0. V,   we   o b t a i n e t h e   wo r s e   c a s e   o f   S S   c h a r a c t e r i s t i c s   ( 84. 19  m V/de c ) ,   b ut   a f t e r   t h a t,   wh e n   t h e   v a l ue   o f   T OX   b e ga n   i n c r e a s i ng,   t h e   v a l ue   o f   S S   b e c a m e   de c r e a s i ng  un t i l   r e a c he to  t h e   b e s t   v a l u e   o f   S S   c h a r a c t e r i s t i c s   ( 63. 26  m V/de c ) .   Al s o ,   we   c a n   f i nd  th e   i n t e r s e c t i o n   po i n t   b e t we e n   t h e m   i a b o ut  3. 7   o f   ( T OX ).           F i gur e   6.   T r a n s c o n duc t a nc e   ( g m )   v e r s u s   v o l t a ge   ga t e   a v a r y i ng  ( T OX )           F i gur e   7 I ON /I O F F   r a t i o n   a n ( S S )   v e r s us   d i f f e r e n t   thi c k n e s s   c o n s t a n t   o f   ( T OX )       T h e   t h r e e   pa r a m e t e r s   ( w o r k   f u n c t i o n ,   c h a nne l   l e ngt h   a n o xi de   t hi c k n e s s )   a r e   t a ke n   to   i nv e s t i ga t i o t h e   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   c h a r ge   p l a s m a   t unn e f i e l d - e f f e c t   tr a n s i s t o r   ( CP - T F E T )   de vi c e ,   l i k e   th r e s h o l d   v o l t a ge   ( Vt) ,   I ON   c ur r e n t,   I O F F   c ur r e n t,   I ON /I O F F   r a t i o ,   s ub t h r e s h o l s l o ( S S )   a n t r a n s c o n duc t a nc e   ( gm ) .   W e   s e t   t h e   wo r f u n c t i o n   o f   ( ga t e a n ga t e 2)   a t   f i xe d   v a l ue   ( 3. e v ) ,   c h a nn e l   l e n gt h   a t   f i xe v a l ue   ( 43   nm )   a n o xi de   t hi c k n e s s   a t   f i xe v a l ue   ( 3   nm ) W hil e   t h e   wo r k   f u n c t i o n   o f   ( ga t e a n ga t e 4)   a r e   s e a v a r i a bl e   v a l ue   ( 4. 5,   4. 3 ,   4 . 1 a n 3. 9)   e v .   All   t h e   e l e c t r i c a l   c h a r a c t e r i s t i c   o f   t h e   de vi c e   wa s   o b t a i ne a t   Vd=   0 . 5V,   d i e l e c t r i c   c o n s t a n t   ( K )   = 12  a n t e m p e r a t ur e   de gr e e   o f   de vi c e   a 300  K   a s   s h o wn   a s   i n   T a bl e   1.   T h e   r e l a t i o n   b e t we e n   c ha nn e l   l e n gt h   ( L c h )   v e r s u s   t h e   r a t i o   o f   ( I ON /I O F F )   a n s ub t h r e s h o l s l o pe   ( S S )   a r e   p l o tt e i n   F i gur e   8,   whi c h   s h o ws   t h e   i nc r e a s e   of   ( L c h )   l e t o   de c r e a s i n i n   t h e   I ON /I O F F ,   whi l e   t h e   o pp o s i t e   o c c ur s   i n   ( S S ) ,   wh e r e   i n c r e a s i n o f   ( L c h ) ,   w i ll   r e s u l t   o f     de c r e a s i ng  i n   ( SS ) .       T a bl e   1.   E l e c t r i c a l   c h a r a c t e r i s t i c   o f   C P - T F E T   ( k= 1 a n Vd= 0. 5V)   W o r k F un c ti o ( G a t e 3+ G a t e 4)   ( e v )   C ha nne L e ngt ( nm)   T O ( nm)   V ( V )   I ON   ( A )   I OFF    ( A )   I ON /I OFF   S S       mm mV/ de c   G m              u/ S   W o r k F un c ti o ( G a t e 1+ G a t e 2)    ( e v )   4.5   43   3   0.954   1.52 × 10 - 8   3. 43 × 10 - 18   4.4 × 10 +9   33.84   0.050   3.9   4.3   43   3   0.954   1.53 × 10 - 8   2. 07 × 10 - 17   7.4 × 10 +8   50.75   0.051   3.9   4.1   43   3   0.954   1.54 × 10 - 8   3.9.87 × 10 - 17   1.5 × 10 +8   59.90   0.052   3.9       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N:   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25,   N o .   1 ,   J a n ua r y   2022:  1 38 - 1 43   142       F i gur e   8 I ON /I O F F   r a t i o n   a n ( S S )   v e r s us   d i f f e r e n t   thi c k n e s s   c o n s t a n t   o f   ( L c h )       4.   CONC L USI ON     I n   t hi s   a r t i c l e ,   we   h a v e   b e e n   t a ke n   m a ny   f a c t or s   to   s t udy   a n a n a ly z e   t h e   c ha r a c t e r i s t i c s   o f   s il i c o t un n e l   f i e l d - e f f e c t   t r a n s i s to r s   b a s e o n   c h a r ge   p l a s m a .   T h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   c h a r ge   pl a s m a   t un ne l   f i e l d - e f f e c t   t r a n s i s t o r   ( CP - T F E T )   de vi c e   s t ud i e s   a n i n v e s t i g a t e t h r o ugh   t hi s   pa pe r .   B y   us i ng  p l a s m a   t e c hni que   c o n c e pt   b a s e o n   T F E T   s t r uc t ur e .   A   dua l - ga t e   m e t a l   s t r uc t ur e   a n ga t e   un de r   l a r e g i o n   i s   pr o po s e to  e nh a nc e m e n t   t h e   c ha r a c t e r i s t i c   o f   t h e   de vi c e .   B y   s im u l a t i o n   s t ud y ,   t h e   C P - T F E T   de vi c e   s h o ws   m a k in b e t t e r   pe r f o r m a n c e   f o r   I ON   = 1 . 5 × 10 - 8 A   a ( K = 12,   L c h = 4 nm   a n T o x = nm ) ,   I ON /I O F F = 1. 3 × 10 +9   a ( K = 12,   L c h = 43  nm   a n T o x = nm ) ,   a n s u b   t h r e s h o l s l o S S = 33. 84  m v /dec   a t   ( K = 12,   w o r k   f u n c t i o n   f o r   g a t e a n ga t e 4= 4. 5   e v ) .       AC K NOWL E DGE M E NT S     T h e   a ut h o r s   w o ul l i ke   t t h a n t h e   U ni ve r s i t y   o f   M o s u l   f o r   s c i e n t i f i c   s uppo r t.       RE F E R E NC E S     [ 1]   C D uv v u r y A   gui de   to   s hor t - c ha nne e f f e c ts   in   M O S F E T s ,   in   I E E E   C ir c ui ts   and  D e v ic e s   M agaz in e v o l.   2,  no 6,  pp.  6 - 10,   N ov . 1986, d o i:  10.1109/M C D .1986.6311897.   [ 2]   Q C he n,  B A gr a w a l ,   a nd  J .   D .   M e in dl A   c o mpr e he ns i ve   a na l y ti c a s ubt hr e s h o ld   s w in ( S )   mo de f or   do ubl e - ga t e   M O S F E T s ,   in   I E E E  T r ans ac ti ons  on E le c tr on D e v ic e s , v o l.  49, n o . 6, pp. 1 08 6 - 1090, J un e   2002, d o i:  10.1109/ T E D .2002.1003757.   [ 3]   K B o u c a r a nd  A M .   I o ne s c u,  D o ubl e - G a t e   T unne F E T   W it H ig h - G a t e   D ie l e c tr i c ,”   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on   E le c tr on   D e v ic e s , v o l. 54, n o . 7, pp. 1725 - 1733, J ul y   200 7, d o i 10.1109/ T E D .2007.899389.   [ 4]   A.   S unn y   a nd  R .   K S a r in G a te   mi s a li gnm e nt   e f f e c ts   o a n a lo g/ R F   p e r f o r ma nc e   of   c ha r ge   pl a s ma - ba s e d o pi ng - l e s s   tu nne l   F E T ,”   in   A pp li e P hy s ic s  A ,   vo l.  123, n o . 6, pp. 413,  M a y  2017 , do i :1 0.1007/s 00339 - 017 - 1029 - 8.   [ 5]   M J K uma r   a nd  K N a dda B ip o la r   C ha r ge - P la s ma   T r a ns is to r A   N ove T hr e e   T e r mi na D e vi c e ,   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  E le c tr on D e v ic e s , v o l.  59, n o . 4, pp. 962 - 967, Apr il  2012, d o i:   10.1109/ T E D .2012.2184763.   [ 6]   N K uma r   a nd  A R a ma n,   D e s ig a nd   A na ly s is   of   N ove C ha r ge - P la s ma   B a s e D o pi ngl e s s   U - S ha pe F E T ,   2019   6t I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  Si gnal   P r oc e s s in and  I nt e gr at e N e tw or k s   ( SP I N ) ,   2019,  pp.  200 - 202,   do i:   10.1109/S P I N .2019.8711739.   [ 7]   F N A bdul - k a di r K .K .   M o ha mm a d ,   a nd  Y .   H a s hi m ,   I nv e s ti ga ti o a nd  de s ig of   i o n - im pl a nt e M O S F E T   ba s e o ( 18  nm)   c ha nne l e ngt h” T E L K O M N I K A   T e le c om m uni c at io n,  C om put in g,  E le c tr oni c s   and  C ont r ol ,   v o l.   18,  n o 5,  pp.  2635 - 2641,  O c t .   2020,   do i 10.12928/ T E L K O M N I K A .v 18 i5 .1595 8 .   [ 8]   H . W K im  a nd D K w o n,  L ow - P o w e r  V e r ti c a T unne l  F i e ld - E f f e c T r a ns is to r   T e r na r y   I n ve r t e r ,   in   I E E E  J our nal  of  t he  E le c t r on   D e v ic e s  So c ie ty , v o l.  9, pp. 286 - 294, 2021, d o i:  10.1109/J E D S . 2021.3057456.   [ 9]   F N A bdul - k a di r Y H a s hi m ,   a nd   W A .   S ha if T e mp e r a tu r e   c ha r a c t e r is ti c s   of   G a te   a ll   a r o und  na no w ir e   c ha nn e S i - T F E T ,”   J our nal   o f   P hy s ic s :   C on f e r e nc e   S e r ie s 5t I nt e r nat io nal   C on fe r e nc e   on  E le c tr oni c   D e s ig ( I C E D )   2020 ,   A ug.  2020,  v o l.   1 755   do i: 10.1088/1742 - 6596/1755/ 1/ 012045.   [ 10]   W Y C ho i,   B P a r k,  J D L e e ,   a nd  T K L iu T unne l in F i e ld - E f f e c T r a ns is to r s   ( T F E T s )   W it S ubt h r e s h o ld   S w in ( S S )   L e s s   T ha n 60 mV/d e c ,   in   I E E E   E le c tr on D e v ic e  L e tt e r s , v o l.  28, n o. 8, pp. 743 - 745, Aug. 2007, do i:  10.1109 / L E D .2007.901273.   [ 11]   S S a ho o S .   D a s h,   a nd   G P M i s hr a A A c c ur a te   D r a i C ur r e n M o de l   f o r   S y mm e tr ic   D ua G a te   T un ne F E T   U s in E f f e c t iv e   T un ne li ng   L e ngt h ,   N an os c ie n c e   &   N a no te c hn ol o g y - A s i a ,   v o l.   9,   no 1,   p p.   8 5 - 91 J a n 20 19 ,   do i :   1 0 .2 17 4/ 2 21 06 81 20 76 66 17 06 12 08 10 17     [ 12]   V V ij a y v a r gi y a B S .   R e ni w a l,   P .   S in gh,  a nd  S .   K V is hv a ka r ma A na lo gue /R F   pe r f o r ma n c e   a tt r ib u te s   of     und e r la tu nn e f ie ld   e f f e c tr a ns is t o r   f or  l o w  p o w e r  a ppl i c a ti o ns ,”   E le c tr on. L e tt e r s vo l.  52, n o . 7, pp. 559 - 560, 2016, d oi 10.1049/ e l. 2015.3797.   [ 13]   G W a dhw a   a nd   B .   R a A A na l y ti c a l   M o d e li ng   of   C ha r g e   P la s ma   ba s e T unne F i e ld   E f f e c t   T r a ns is to r   w it h   I mpa c ts   of   G a t e   unde r la p R e gi o n, ”  Supe r la tt ic e s  and M ic r os tr uc tu r e s ,   v o l.  142,  no . 106512, 2020,   d o i: 10.1016/j .s pmi .2020.106512.   [ 14]   F N a th e e r ,   Y H a s hi m,  a nd  M N S ha ki b,   R e v i e w   of   N a no s h e e T r a ns is to r   T e c hn o l o g y ,   T ik r it   J our nal   of   E ngi ne e r in s c i e nc e   ( T J E S) v o l.  1,  n o . 28, pp. 40 - 48,   2021,  do i:   10.25 30/t je s .28.1. 05.   [ 15]   B J e na ,   K B h o l U N a n da S T a y a l,   a nd  S R R o ut r a y ,   P e r f or ma nc e   A na l y s is   of   F e r r oe l e c tr i c   G A A   M O S F E T   w it h   M e ta l   G r a in  W o r k F un c ti o n V a r ia bi l it y ,”   Si li c on ,   A pr il   2021 , d o i :   10. 1007/s 12633 - 021 - 01031 - 5.   [ 16]   H r a z ii a , A . V la di mi r e s c u, A . A ma r a , a nd C . A ngh e l,  “ A n a na l ys is  o n t h e  a mbi p o la r   c u r r e nt  i S d o ubl e - ga t e  t unn e l  F E T s ,”   So li d - St at e  E le c tr on , vo l.  70, pp. 67 - 72, Apr . 2012,   d o i :   10.1016/j .s s e .2011.1 1.009.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:  2502 - 4752       C har ac te r iz ati on  of   s il icon   tunnel  f ield   e ff e c tr ans is tor   bas e on  c har ge   plas ma   ( F i r as   N athee r   A bdul - k adir )   143   [ 17]   V V ij a y v a r gi y a   a nd  S K .   V is hv a ka r ma E f f e c of   D r a in   D o p in P r of il e   o D o ubl e - G a t e   T unne F i e ld - E f f e c t   T r a ns is t o r   a nd   it s   I n f lu e nc e   o D e v i c e   R F   P e r f o r ma nc e ,   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  N anot e c hnol ogy v o l.   13,  n o 5,  pp.  974 - 981,  S e pt 2014,  do i:   1 0.1109/ T N A N O .2014.2336812.   [ 18]   A C S e a ba ugh  a nd  Q .   Z ha ng,  L o w - V o lt a ge   T unn e T r a ns is to r s   f or   B e y ond  C M O S   L o gi c , ”  in   P r oc e e di ngs   of   th e   I E E E D e c .   2010 vo l.  98, n o . 12, pp. 2095 - 2110, d oi 10.1109/J P R O C .2010.2070470.   [ 19]   N S ha f i,   C S a hu,  C P e r ia s a m y ,   a nd  J S in gh,  S i G e   S o ur c e   C ha r ge   P la s ma   T F E T   f or   B i o s e ns in A ppl i c a ti o ns ,   2017  I E E E   I nt e r nat io nal  Sy m pos iu m  on N anoe le c tr oni c  and I n f or m at io n S y s te m s  ( iN I S) , 2017, pp. 93 - 98, do i:  10.1109/i N I S .2017.29 .   [ 20]   S T ay al G V ib hu,  S .   M e e na ,   a nd R G upt a O pt im i z a ti o o f   D e v i c e  D im e ns io ns   of   H ig h - k   G a te  D ie l e c tr ic  B a s e d  D G - T F E T   f o r   I mpr ove d A na lo g/ R F   P e r f o r ma n c e ,   Si li c on , M a y   2021 ,   d o i 10 .1007/s 12633 - 021 - 01127 .   [ 21]   R N a r a ng,  K V S R e dd y M S a xe na R S G upt a ,   a nd  M G upt a A   D ie le c t r ic - M o dul a t e T unne l - F E T - B a s e B i o s e ns o r   f or   L a b e l - F r e e   D e t e c ti o n:   A na l y t ic a l   M o d e li ng  S tu d y   a nd  S e ns it i vi t y   A na l y s is ,   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  E le c tr on  D e v ic e s v ol 59,  no . 10, pp. 2809 - 2817, O c t.  2012, d o i:  10.1109/ T E D .2012.2208 115.   [ 22]   M J K uma r   a nd  S .   J a na r dha na n,  D o pi ng - L e s s   T unn e l   F i e ld   E f f e c T r a ns is to r :   D e s ig a nd  I n ve s ti ga ti o n,   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on E le c tr on D e v ic e s , v o l.  60, n o . 10, pp. 3285 - 3290, Oc t.  2013,  do i:  10.1109/ T E D .2013.2276888.   [ 23]   S K a nung o S C ha tt o pa dh y a y P S G upt a   a nd  H R a ha ma n,  C o mpa r a ti ve   P e r f or ma n c e   A na l y s is   of   th e   D i e l e c tr i c a ll y   M o dul a te F ul l -   G a t e   a nd  S h o r t - G a t e   T unn e F E T - B a s e B i o s e ns or s ,   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  E le c tr on  D e v ic e s ,   v o l.   62,  n o 3,   pp. 994 - 1001, M a r c h 2015, d o i:  10.1109/ T E D .2015.2390774.   [ 24]   R N a r a ng,  M S a xe na R S G upt a ,   a nd   M G up ta ,   D ie l e c tr i c   M o dul a t e T unne F i e ld - E f f e c t   T r a ns is t o r A   B i o m o l e c ul e   S e ns o r ,   in   I E E E   E le c tr on D e v ic e  L e tt e r s , v o l.  33, n o . 2, pp. 26 6 - 268, F e b. 2012, d o i 10.1109/ L E D .2011.2174024 .   [ 25]   S S a h oo S .   D a s h a nd  G P .   M is hr a W o r k - f un c ti o m o d ul a te h e t e r ga te   c ha r g e   pl a s ma   T F E T   t o   e nha nc e   th e   d e v i c e   pe r f or ma nc e ,   2019 De v ic e s  f o r  I nt e gr at e C ir c ui ( D e v I C ) , 20 19, pp. 461 - 464, do i 10.1109/DE V I C .2019.8783943.   [ 26]   A B ha tt a c ha r yy a M C ha nda a nd  D .   D e G a A s 0.5S b0.5/   I n0.53G a 0.47As   he t e r o ju n c ti o d o pi ngl e s s   c ha r g e   pl a s ma - ba s e d   tu nne F E T   f or   a na lo g/ d ig it a pe r f o r ma n c e   im pr ove m e nt ,”   Su pe r la tt ic e s   and  M ic r o s tr uc tu r e s v o l.   142,  n o 106522,  2020,  do i:   10.1016/j .s pmi .2020.106522.   [ 27]   N K uma r   a nd  A R a ma n,  " P e r f or ma nc e   A s s e s s me nt   of   th e   C ha r ge - P la s ma - B a s e d   C y li nd r i c a G A A   V e r ti c a N a n o w ir e   T F E T   W it I mpa c of   I nt e r f a c e   T r a C ha r g e s , "   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  E le c tr on  D e v ic e s v o l.   66,  n o .   10,  pp.  4453 - 4460,  O c t.   2 019,  do i:  10.1109/ T E D .2019.2935342.   [ 28]   S.   A na nd,  S .   I A mi n,  a nd   R K S a r i n P e r f o r ma n c e   a na l y s i s   of   c ha r g e   pl a s ma - ba s e dua e le c tr o d e   tu nn e F E T ,”   J our nal   of   Se m ic onduc to r s v o l.   37 , n o 5,  p p.054003,   F e b 201 9 ,   d o i: 10.1 088/ 1674 - 4926/37/ 5/ 054003.   [ 29]   N P a r ma r D S Y a da v ,   S K uma r R S ha r ma S .   S a r a s w a t ,   a nd  A K uma r P e r f or ma n c e   A na l y s is   of   a   N ove D ua M e ta S tr ip   C ha r ge   P la s ma   T unne F E T ,   2020  I E E E   I nt e r nat io nal   St ude nt s '   C on f e r e nc e   on  E le c tr ic al ,E le c t r oni c s   and  C om put e r   Sc ie nc e   ( SC E E C S) , 2020, pp. 1 - 5, d o i:  10.1109 /S C E E C S 48394.2020.11 2.   [ 30]   F N A bdul - k a di r ,   Y H a s hi m,  M N S ha ki b,   a nd  F .   H .   T a ha ,   E le c t r i c a c ha r a c t e r i z a ti o n   of   s na n o w ir e   G A A - T F E T   ba s e d   o n   di me ns i o ns   do w ns c a li ng,”   I nt e r nat io nal   J our nal   of   E le c tr ic al   and  C om put e r   E ngi ne e r in ( I J E C E ) vo l.   11,  n o 1,  pp.  780 - 7 87,   2021, do i:  10.11591/i je c e . v 11i 1.pp780 - 787.   [ 31]   M J .   C a r r a H .   T a c c a nd  J L ip ov e t z k y P e r f or ma nc e   e v a lu a t io of   G a N   a nd  S ba s e dr iv e r   c ir c ui ts   f or   a   S iC   M O S F E T   p ow e r   s w it c h,”   I nt e r nat io nal   J our nal   o f   P ow e r   E le c tr oni c s   and   D r iv e   Sy s te m s ( I J P E D S ) v o l.   12,  n o 3,  pp.  1293 - 1303 S e p .   2021,  do i :   10.11591/i jp e ds . v 12.i 3.pp1293 - 1303.   [ 32]   S T a y a l P S a mr a t,   V K e e r th i,   B .   V a nda na ,   a nd  S G upt a ,   C ha nne th i c kne s s   d e pe nd e n c y   of   hi gh - ga t e   di e l e c tr i c   ba s e d   do ubl e - ga t e  C M O S  i nve r t e r ,”   I nt e r nat io nal  J our nal  of  N ano Di m e ns io n v o l.  11  I s s ue  3, p p.  215 - 221 , 2020.       B I OG RA P HI E S   OF   AU T HO RS         F i ra s   N a th eer   A bd ul - k a di         W as   recei v ed   t h B. Sc .   i n   M ed i c a l   In s t ru men t s   E n g i n ee r i n g   fr o m   Mo s u l   T e ch n i c al   C o l l eg an d   Mas t e r   o f   E n g i n ee ri n g   i n   E l e c t ro n i c s   an d   Co mm u n i c at i o n s   E n g i n ee ri n g   fr o m   t h e   U n i v e rs i t y   o Mo s u l ,   M o s u l ,   I raq ,   i n   1 9 9 8   an d   2 0 1 3   re s p ec t i v el y .   He   i s   c u rr en t l y   an   A s s i s t an t   L ec t u r e i n   t h D e p art me n t   o f   E l e c t ri c a l   E n g i n ee ri n g ,   Co l l eg o f   E n g i n ee r i n g ,   M o s u l   U n i v e rs i t y ,   Mo s u l ,   I raq .   H i s   r e s e ar c h   i n t e r e s t s   i n cl u d Mi c r o e l ec t ro n i c s   a n d   N a n o   el ec t ro n i c ,   MO SF E T   n an o - s t ru c t u r e .   H e   c a n   b e   co n t ac t e d   at   em ai l fi ras _ n ad h ee r@ u o mo s u l . e d u . i q .         F a ri s   Ha s s a n   Ta h a           W as   r ece i v ed   t h e   MS d e g r ee  i n   E l ec t ro n i a n d   c o mmu n i c at i o n   fr o m   t h U n i v e rs i t y   o f   Mo s u l ,   M o s u l ,   Iraq ,   i n   1 9 9 5   an d   recei v ed   P h D   d e g r ee   i n   2 0 1 3   i n   S o l i d   St at e   E l ec t ro n i c s   fro U n i v e rs i t y   o Mo s u l ,   Mo s u l ,   I raq .   H i s   r e s e ar ch   i n t e r e s t s   i n cl u d e   M i c ro el ec t ro n i c s   an d   N an o e l ec t ro n i c s .   H e   c a n   b e   co n t a c t e d   at   em ai l :     f. h . al d ab b ag h @ u o mo s u l . e d u . i q .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.