Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 ,  Decem ber   201 8 , p p.   4941 ~ 4950   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v8 i 6 . pp4941 - 49 50          4941       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   E ffect of  Chiralit y  and O xide  T hi kn ess on the Pe rform ance  of a  Ballisti c CNTFE T       Asm a  Lari bi ,  Ah lam  G uen  Boua z z a   Unit  of  R ese ar ch   Mate r ia ls   and   Rene wabl e Ene rgi es,   Dep art m ent   o f  Elec tron ic s,   Fa cul t y   of Tec hno l og y ,     Univer sit y   Abou - BakrBe lk ai d,   A lge ri a        Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   2 9 , 201 7   Re vised  Ju l   8 ,   201 8   Accepte d  J ul   24 , 2 01 8       Since   the   dis c over y   of  1D  n ano - object,   they   ar e  consta n tly   rev ea l ing  signifi c ant   ph y s ic a l  prope r ties.  In  thi s  r ega rd ,   ca rbon  n anot ub e   (CNT)  is  conside red   as  a  prom ising  ca ndi dat e  for  app li c at i on  in  future   nan oel e ct roni cs  devi c es  li k e  c arb on  nanot ub e  fi eld  eff e ct   tra nsisto r  (CNTFET).   In  thi s  work,   the   impact   of   chi ral i t y   and   gat e  oxide   t hikne ss   on  th e   el e ct ri ca l   cha ra cteri sti cs  of  a  CNTFET  are  studie d.   The   ch i ral ities  used  are   (5,   0),   (10,   0),   (19,   0) ,   (26,   0),   and  th e  gate  oxide   thi kn ess  var ie d  from   1  to  5  nm .   Thi s   work  is  base d  o n  a  num eri ca l  sim ula ti on  progra m   ba sed  on   surf ac e  pot ent i al  m odel .   CNTFET  Modeli ng  is  useful  for  sem ic onduct or  industries  for  nano  sca le   d evice s  m anuf acturi ng .  From   our  result s  we  have   observ ed  that  th e   output   cur r ent   in cre ase s  with  chiral ity   inc r ea sing .   W e   have   a lso   highl ighted   the   importa nc e  o f  the  gate  ox ide   t hic kness  on  the  dra in  cur ren t  th a t  in cre ase s  when  gate  ox ide  is t hin .   Ke yw or d:   Chyral it y   Cnt   Cntfet   Gate  o xyde   t hi kn e ss   Nu m erical   s i m ulti on   Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Asm a Laribi,    Un it   of Rese ar ch  Ma te rial s a nd Rene wa ble  Energies ,   Un i ver sit y   A bou - Ba kr   Be lkai d,     Tlem cen,  A l ge ria BP  330 Tl em cen.   Em a il :  la r_ as m a@ya hoo.f r       1.   INTROD U CTION     The  pro gr e ss  in  sil ic on   te chnolo gy  con ti nue s  to  ou tpace  th e  histor ic   pace   of   Moore' s  Law,  but  the   end  o f  de vice  s cal ing   now  see m s   to  be  on ly   10 - 15   ye ars  aw ay   [1 ] .    A  new  alt ern at ive  ap pe ars  to  overc om e  all   these  lim i ta ti o ns .  O ne  of  the  m os t   pr om isi ng   areas  of  rese arch   in  the  im p rovem ent  of   transisto rs  perf orm ance  is  the  us e  of  c arbo n  na no t ubes  (CNTs )  that   is  con side re d  tod ay   as  the  m os t  i m po rtan t  new   m at erials  with  excell ent  pro pe rtie s  [2 ]   beyo nd   t he  11 - nm   t echnolo gy  no de   du e   to  it s  superi or   el ect rica l  prop e rtie s  of  CNTs   [3 ]   a nd  the   f easi bili ty   of   us in g  t hese  de vices  to   buil d  F ET  tra ns is tors  with   ge om et rical l y  exc el le nt   el ect ro sta ti c  con tr ol.  The  pro gr ess  of   C NT FET  te ch no l ogy  and   the  un de rstan ding  of  it s  dev ic e  phys ic s  has  been ve ry act iv e this la st d eca de.   Ca rbon  na notu be s  wer e   first  disco ver e d  i n  1991,  a nd  bec a m e  rap idly   th e  fo c us  of  m uch   re searc h  act ivit y,  du e   to  thei r  e xcep ti on al   el ect rical ,   m echan ic al ,  and  the rm al   pr operti es  [ 4].   These  de vices,   ideal   el e m entary  com po nen ts  f or   the  reali zat ion   of  na no - de vices,  hav e  t he   p ossi bili ty   of   bein g  a ble  to  be   sem ic on duct or s  or  m et al .  This  uniq ue  pro pe rty   m akes  the  carbo n  nanotu be  a n  inte resti ng  can did at e   f or  the   m anu fact ur e  of  a  ne w  el ect ro nic  c om po ne nt  base d  on  na no t ub e s,s uch   as  Ca rbon   Na noTu be  Fiel d  Eff ect   Transi stor  cal le d  C NTF E T  [ 5] .   CNTFE T  te c hnology  ca n  be   cl ubbe d  with  bu l k  CM O S  te chnolo gy  on  a  sing l e   chip  a nd   us es   the  sa m e  infr ast r uctur e  al l ow i ng   to  pro vid e  im pr ov e m ents  in  el ectr os ta ti cs  over   CM OS  te chnolo gy.  C NTF E T  tran sist or s  al lo w  m oo re’ s  La w    s us ta ining     t o  en sur e  furthe r  im pr ovem ent  in  MOSFET   perform ance.  I t  is  ind ispe ns a ble    to  lo ok  f or     an  al te r native s  su c h  as    C NT FETs  that give   assu ran ce   to d el iver   m uch  b et te r pe rfor m ance tha n exist in g  MO S FETs   [6] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8  :   4941   -   4950   4942   It  is  al so   i m po rtant  to    recall   that  each  ne w  node  ha s  witne ssed  the  inte grat ion   of  ne w  m at erial s  and  process  ste ps   t hat  will   achie ve   the  obj ect ive s  of  the   ITRS   r oad m ap  of  SC   industries.   W e   quote  am on go  thers   the  integ rati on   of  hi gh - κ  diele ct rics  that  ca n  reduces   ig nifi cantl y  the  gate   le akag e .  Me c han ic al   strai n  app li ed   in  t he  cha nnel   and   s ubstrat e   or ie ntati on  al so   al low  ca rr i er  m ob il it y  i mp r ovem ent,  as  well   as  the  use   of  al te rn at ive  de vi ce  ge om et ries,   su c h  as  doubl e - gate d  dev ic e s.  Of  the  seve r al     str uctu res  s tud ie d  s o  far,  CNTs   hav e   s how n  pa rtic ular  prom i se  due  t o  thei r   siz e   an d  uniq ue  el ect r on ic   pro per ti es.  Lat el y    CNTFE T s  ha ve  been fa br ic at e d succes sf ully  [6] .   In   this  pa per ,  we  ha ve  discu ssed  the  var i ous  sim ulati on   r esults  [7 ]   we  hav e  st udy  the   influ e nce  of   chirali ty   and   gate  insu la to r   thikn ess  on    (I - V)   cha ract erist ic s  of   CN TFET,  an d  ob serv e s  the  para m et er   changin g  e flec t  on   it .   Be si de s,  f ur t her  anal ysi s  has  been  done  t hroug h  t he  c om par ison  of '   the  oth e r  gro up  to  j ust ify   r es ult.       2.   CARBO N NANOTUBE   Ca rbon  na notu bes  (CNT s)  ha ve  at tract ed   e xt ensive  at te ntio n  because   of  th ei r  u nique    pr operti es   [8] ,   Ca rbon  Nanot ub e s  wer e   disc ov e re d  in   1991  by  S um io  Iijim a  [9 ] .  C NTs   are   m ade  fr om   cylindr ic al   carbo n  m olecules  [1 0] ,   CNTs owning   rem ark able  physi cal   prop e rtie s,  are  la rg e  m acro m olecules  that  are  un i qu e  for   their  siz e  a nd  s hap e .  T hey  ar e   al lotropes  of  c arbo n  that   a re  m e m ber s  of  th e  fu ll ere ne  struc tural  fam il y,  wh i c h  include s  the  spherical   bucky  balls.  These  cy li nd ers  of   car bone  at om s  arr ang e d  on  a  hone y - com b  la ttic e,  as  a   sing le   la ye r  of   gr a ph it e  an d  with  al m os t  th e  sa m e  near est - nei ghbor   C - C   sp aci ng    that  is  ac - c  =  1, 44     A° .   CNTs  are,  in  f act     m ade  by  ro ll ing   up  of  she et   of   gr a phen e  into  a  cy li nd er.  A  car bon  na no t ub e    is  co m po sed   of  one  or  m or e  gr a phene sh ee ts  ro ll ed  up  on it sel f,   desc ribi ng   a  t ubular  ge om et ry  as  sh own  i n  F ig ure  1.   These   nanostr uctu res   are  c on st ru ct e d  with   le ngth - to - diam et er    rati o  of  up  t o  1.3 2  ×  108 , t heir  di a m et er  is  in  t he   orde r   of   f ew  nano m et ers  [1 1 ] - [ 12 ] .   CN Ts  ar e  con si der e d  as  ver y  pro m isi ng   cand i da te s  in  the  f ie ld  of  nanoelec tr on ic s,  s uch as C NT - MOS FE Ts  de vices.   Dep e ndin g  on   the  nu m ber   of   co nce ntrica ll y  ro ll ed - up  gr a phene  s hee ts,  carbon e  na no t ub e s    are  cl assifi ed  to   si ng le - wall ed   ( S WNT),   a nd  m ulti wall ed  CN Ts  (M WNT) ,  wh ic h  c onsist   of  a  si ng le   la ye r  of  gr a phene  sh eet  w r ap pe d up to  for m  a seam less  tu be  [13], as  presente d  in  F igure  1.           Figure  1. Ba sic  stru ct ur es  of  ( a) s in gle - wa ll ed,  a nd  (b)  m ult i - wall ed  C NTs       S WN Ts,  prese nted  her e ,  are  m or e  pliable   than  M WNTs  a nd   ca n  be,   flat te ned,  twist ed  a nd   be nt  into   sm a ll   ci rcles  or   ar ound  sh a r p  bends  withou t  br ea king.   S WNTsco ns ist   of   a  si ng le   la ye r  of  grap he ne   sh eet   wr a pped  up  to   form   a  sea m l ess  tu be.   T he  diam e te r  an dthe helic it y  of   a  S WN T  a re  de f ined  by  the  r ol l - up  vecto r  cal le d  c hiral  vecto r  [ 14]  g i ven b y:         ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   ℎ =   1 +   2   (1)     Thi s  ro ll - up  ve ct or   c onnects   cryst al lograp hical ly   equ i va le nt  sit es  on  this  sh eet ,   it   def i nes  th e   ci rcu m fer ence  on   t he  surface  of   the  t ub e  c onnecti ng  tw o  e qu i valent  car bon  at om s   as  sh own  in  Fi gure   2 ,  a 1   and a 2   are  the   gr a phene  lat ti c e v ect ors. T he se   unit  v ect or s  of the  h e xa gona l l at ti ceca n  be  by  [ 15 ]   :     a 1 =  ( 3/2a c - c , √ 3/2 a c - c )   (2)     a 2 =  ( 3/2a c - c , √ - 3/ 2a c - c )   (3)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Eff ect  o f C hiral it y a nd O xi de Thikne ss  on th e Perfor m an ce  o f  a  B alli sti c CN TFET (As m a  L ar ibi)   4943       Figure  2.     2D grap he ne  s heet i ll us trat ing  lat ti ce vecto rs  a 1 a nd a2, a nd the  ro ll - up v ect or [14 ]       n  an d  m   are  integers,   they   de te rm ine  if  a  SWNT  will   be  a  m et al  or   a  sem ic on duct or.  They   are  al so   cal le d  in dex es   al so   al lo w  to  det erm inethe ch iral  angle t hat i s g i ven b y :     =  − 1 ( √ 3 2 + )   (4)     The  c hiral  an gl e  θ  is  us e d  t o  sepa rate  ca rbon  na notu bes   into   three   cl ass es  di ff e ren ti at ed  by  thei r   el ect ro nic  pro per ti es:   zi g - za g  (m   =  0,   n  >   0,  θ  =   0˚),   a r m chair  ( n  =   m ,  θ  =   30 ˚) ,   a nd  c hiral  (0  <  | m |  <  n,                 0  <  θ <  30˚ )   ca n  see  in Fi gure  3 .           Figure   3 .    E xa m ples o f  the t hree t ypes  of S WNTs ide ntifi ed by t he  i nteg ers (n , m )       Ar m chair  carbon   na no t ub es  are  m e ta ll ic .  Z ig - za g  an d  chi ral  nanotu bes  can  be  sem i - m et al s  with  a   finite   band  ga p  if  n  –   m /3  =  integer  a nd   m   ≠  n  or  sem ic o nducto rs  in  al l  oth er   case s.  T he  ba nd  ga p  f or   th e   sem i - m et allic   and  sem ic on duct or  na notu be s  scal es  in  th e   orde r  of  the   inv e rse  of  the  CNT  diam e te r  giv i ng  each  nanotu be  a  disti nctive  el ect ronic  be ha vi or .  Each   na no tub e  ca n  be  un iqu el y  s pecified  by  it s  diam eter ’ d’  and it s ch iral   a ng le   .   the  diam e te r  of the  n a not ub e  can  b e  exp resse d  as:     d = Ch/ π= √ 3 . − ( 2   +      + 2   ) 1 / 2 / ]   (5)         3.   CN TFE T  STRUC UR E   The  first  CNF ETs  w he re  co nceive d  in  a   ve ry  easi est   wa y,  as  only   a  pr oof  of   c oncept   and  a  ba sic   unde rstan d  we re  the  goal s  of   these  new  dev ic es.T he  first  CNTFE T s  wer e  re port ed  in  1998. T he  first  g ene rati on  of   CNTs a re  giv e n  in  F ig ure  4.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8  :   4941   -   4950   4944         F igure  4. First  gen e rati on  of   CNFETs  [1 6 ] - [ 17]       CNFETs  a re  c on si der e d  as  a  po te ntial   cand i date  to  re place  MOSFET S  be yond  the  11 nm  te chnolo gy  node  beca us e  of    the   go od  e le ct rical   transpor t  pro per ti es  of  car bone  na no t ub e s  a nd  al so   t he  fea sibil it y  of   us in g  C NTs  t o con cei ve  C NT FETs  with a  v e ry go od elec tro s ta ti c con tr ol [18 ] .   These  sim ple  dev ic es  wer e  f abr ic at ed  by  de posit ing   sin gl e - wall   CNTs  f ro m   so luti on   on  to  oxidize d  Sil ic on   wa fer s  that    had   bee n  pr e patte m ed  us ing   gold  or   plati nu m   el ec trodes  that  serv e d  as  so urce  an d  dr ai n  el ect ro des  con nected  via the   na notu be  c ha nnel  ,a nd  t he doped  Si s ub st rate ser ved   as the  dev ic e  gate [ 19 ] - [ 20] .   The  ope rati ng   pr i nciple  of  th e  conve ntion al   fiel d  eff ect   tra ns ist or  base d  on  car bon  na notub e  is  ve ry  sim il ar  to  a  MOSF ET  T r ansisto r  c on si de rin g  re placi ng   the  c hannel  m at erial   to  ta ke  adv a ntage   of   ba ll ist ic   transp ort   in   the  CNTs ,  where  el ect rons  a re  s upplied  by   source  te rm in al   and   drai n  t erm inal  will   c ollec t  these  ca rr ie r s   nev e rtheless , t he  a rr a ng em en t keeps c hangi ng in o rd e r  to  im pr ov e t he per form ance o f  th e d e vice.   Be cause  of   th ese  uniq ue  fe tures,   C NTFE Ts  bec om e  dev ic es  of  s pe ci al   interest .  Fiel d  ef fect   transisto rs  m ade  of   ca r bon  na no t ub e s  so   far  can  be   cl assifi ed  into   tw o  2  bi gg est   cl asses:   back - gated  C N FETs   and to p - gated   on e s [2 1]. Late ly , a  ne w  str uct ur e  h as  b ee n  i nt rodu ce d  know n  as  v e rtic al  CNFETs .   CNTFET s  are   al so   t hr ee   te r m inals  dev ic e  li ke  MOS FET s ,  the   dif fer e nc e  betwee n  th ese  tw o  fiel d  eff ect   dev ic es    is  that  CNT F ETs  em plo y  the  CNT  as  a  c hannel  betwee n  it s  sou rce  a nd  it s  drai n  te r m inals   wh e re  as  M OSFETs  c hannel  is  m ade  of  do ped  Si.  Accor di ng   t o  the  num ber   of  la ye rs  i n  the  c ha nn el   of   t he  CNTFET s,  t his d e vice ca n be  Sing le   Wall  (S W) o r  M ulti   Wall  ( M W ) .     CNTF ET  de vi ces  ha ve  t wo  m od es  of  op erati on,  the   S cho tt ky - Ba rr ie r  ( SB)   or  M OS FE T - Li ke   CNTFET s.  Th e  structu re  be tween  these   t wo   CN FET  is   on ly   sli gh tl y  diff e ren t  but   resu lt s  in  dif fer e nt  transisto r  ope r at ion   [ 22] .   I n  the  SB - C NTFET s  the  gate  vo lt age  m odul at es  the  cu rr e nt  w hich  flo w   in  the  channel  by  ch ang i ng   t he  wi dth   of  the  ba r rier.  But  in  M OS FE T - Li ke  CNTFET s  the   gate  vo lt age  c an  be   con t ro ll ed  in  t he  drain c urre nt  by ch a ngin g  th e h ei ght  of the  barrier.                         Figure  5. Cr os s  secti on al   view  of S c hott ky - ba rr ie r   CNFET  [ 21 ]                     Figure  6. Cr os s  secti on al   view  of MO SFET  li ke  CNTFET  [2 1]       4.   CN TFE TS  SI MU L ATIO N MO DEL   T o  i nv est igate   the   chi rali ty  ef fects  on  our   dev ic e   DC   pe rfo rm ance,  a  sim ple  two - dim ensio n  al analy ti cal   m od el   for  balli sti c  CNTFET  is us e d  an d  s how n  in  Fig ur e  8 .  Our  sim ulati on   stud y  is  ca rr ie d  ou t   base d  on   surfa ce  po te ntial   m od el   descr i bed   by  Rham an  et   al .   This  is  an  e xtensi on   of   the   earli er  wor k  a lready   done   by   K .  N at or i.   This  m od el   c onsist s  of  th ree  ca pacit ors  t hat  a reatt ached  as   te rm inals  of  t he  de vic e.   As   sh ow n  in   F i gur e 8 ,  a c harge is  p la ced  at the  top of t he bar rier.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Eff ect  o f C hiral it y a nd O xi de Thikne ss  on th e Perfor m an ce  o f  a  B alli sti c CN TFET (As m a  L ar ibi)   4945       Figure  7. Cr os s  secti on al   view   of the  CNT FE T ty pe       Figure  8.   2D C apacit or m od el  for   balli sti c transisto r  N  ty pe [ 23 ]       The  to p  of   t he  barrier' s  local   densi ty   of   sta te s  note d  L D OS  ind ic at es  the  c harge b y  the  se lf - co ns ist en t   po te ntial .   At t he  top of t he bar rier,  t he  e qu il ib rium   el ect ro n   de ns it y N o  is   giv en  b y :     0   = ∫ ( ) ( − )        + ∞ − ∞   (6)     w he re  ( )   is  t he   l oca l   de ns it y  of   sta te   at   the   to p  of  the   barrier  a nd    ( − )   represe nts  the   e qu il ib rium   Ferm i   distribut ion   functi on.   The   posit ive  ve locit y  sta te s   N 1   are  occ up i ed  by  the  sou rce  and   the  ne gative  velocit y st at es  N 2   are  o cc upie d by the  drai n.  N 1   a nd N 2   a nd  are  giv e n by  [ 24] :     1 = ( ) 2 ∫ ( +  − 1 ) − ∞ + ∞    (7)     2 = ( ) 2 ∫ ( +  − 2 ) − ∞ + ∞    (8)     E F1   and  E F2   ar e   Ferm i  le vels  an d  U scf .  I s  t he  sel f - c on sist ent  pote ntial   a t  the  to p  of  th e  ba rr ie r . Th e  Laplace   po te ntial   U L  at   the   to p  of  t he   ba rr ie r  i gnori ng  m ob il e  c ha rg e   in   giv e n  by   [ 18 ] :   Ca lc ulate   a  La place   po te ntial  U L :     = − ( +   +       )   (9)     Wh e re:       = ,     = , =   C T   is  the  pa rall el   com bin at ion   of   t hr ee  ca pa ci tors  C G ,  C D ,  C S.   The   pote ntial   du e  t o  m ob il e  char ge  Up   c an  be   expresse d by:     = 2 ( 1   + 2 ) − 0     (10)       The  e ntire sel f - consi ste nt pote ntial Uscf   is   gi ve n by s up e rpos it ion   of  U L   a nd U P   po te ntial s [18 ] :      = +           (11)      = − ( ∝ + + ) + 2 ( 1   + 2 ) − 0   (12)     = 4 ℎ [  ( 1 +  ( 1 −  ) ) −  ( 1 +  ( 2 −  ) ) ]   (13)     k B :  is  the   B oltzm ann  co ns ta nt,   T :   is  a n  ope ra ti ng  te m per at ur e  , E F :  is   the   F erm i  ener gy , U s cf :   s urface   pote ntial   and q t he  c ha r ge  elec tric  f ie ld.       5.   RESU LT S   A ND  DI SCUS S ION   To  i nv e sti gate  the  pe rfor m ance  of  scal ed   car bone   na no tub e   MOS FE Ts,  we  sim ulate d  a  plan ar   CNTFET   with   a  balli sti c  cha nn el ,   at   r oom   t e m per at ure.  T he  dev ic e   sim ulate d  has  a   10  nm   SiO 2  gate  oxi de   thickne ss.    Di ff e ren t  diam eter s,  wh ic h  res ults  in  diff e re nt  ba ndga p  al lowing  dif fer e nt  drai n  c urre nt  are  si m ulat ed.   W e   exp l or e  v a rio us i ssu es  b y  va r yi ng  tw o pa ra m et ers  that are  the ch i rali ty  an d  the  oxide  thi ckn e ss.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8  :   4941   -   4950   4946   5.1.   Effect  of c hira li ty   on   th e  el ec trical de vice   c ha r act eri s tics   In   this  sect io n,  we  stu dy  the  chirali ty   eff ect s  on   the  CNT FETs’  c har act erist ic s,  knowing  that  th e   chirali ty   (n ,  m )  of   S WNTs  de te rm ines  the  diam e te r  of   CNT,  an d  the  C NT' s  ener gy  ga p.   I n   this  w ork  SiO 2  gate insu la to r  ( k=3.9) w it h  10  n m  thikn ess is u sed,   gate   and d rain  co ntr ol ar e (0.88 and  0.35) r es pecti vel y, the   so urce ferm i  lev el   is  eq ual  to  - 0.3 2  eV an d  operati ng  te m per at ur e  is 3 00°K.   To  i nv est igat e  the  infl uen ce   of   th e  chirali ty   on  CNTFE T  we   ha ve  sim ulate d  f our  C NTF ET s w it h  diff e re nt d ia m e te rs  an d  obviou sel y diffe ren t (n,   m )  giv en  i n  T a ble   1.       T able1 .   Ch iral i ty , d ia m e te r  an d  e neg y  ga p   Ch irality   (n, m )   Dia m et er  (n m )   Energy gap   (5,0 )   3 .9e - 10   2 .17   (10 ,0)   7 .8e - 10   1 .0   (19 ,0)   (26 ,0)   1 .5e - 09   2 .0e - 09   0 .5   0 .4       All  si m ulati on  res ults  al lowi ng  obse rv i ng  c hirali ty   influ e nc e  on  the  drai n  c ur ren t  of  our  de vice  are   giv e n  in   F ig ure   10  –   13:         (a)     (b)     Figure  9.  T he I - V  c har act eris ti cs o f  a  (5 - 0)  S WN T   :  (a) I ds  – Vds   (b) Id s - V gs  i n  lo ga rithm ic  scale           (a)     (b)     Figure  10 .    Th e I - V  c ha racter ist ic s o f  a  (10 - 0) S WN T:  (a) I ds   – V ds ( b) Ids - V gs   i n  lo ga rithm ic  scale       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Eff ect  o f C hiral it y a nd O xi de Thikne ss  on th e Perfor m an ce  o f  a  B alli sti c CN TFET (As m a  L ar ibi)   4947     (a)     (b)     Figure  11.  Th e I - V  c ha racter ist ic s o f  a  (19 - 0) S WN T:  (a) I ds   – V ds ( b) Ids - V gs  i n  lo ga rithm ic  scale         (a)     (b)     Figure   12.  Th e I - V  c ha racter ist ic s o f  a  (26 - 0) S WN T:  (a) I ds   – V ds  ( b) Id s - V gs in  lo gar it hm ic  scale           Figure  13. I ds - V ds   cha racteri s ti cs o f  C NTFE Ts w it h chi rali ti es o f  (5,  0), ( 10, 0 ),  a nd (1 9,   0), (2 6,   0)   (V G = 0.6   V)       In   t his  pa rt  we   will   exp l or   t he   eff ect   of   c hir al it y ,  the  F igur e  9,   10,   11,   1 2(a)  s hows   that  the  chirali ty   is  dir ect ly   relat ed  to   CN Ts'   dia m et er ,  an d  th e  diam et er  var i at ion  h as  a   di re ct   eff ect  on  the   transist or  an d  this  is   ind ic at ed   in  e quat ion  5,   a nd  t he  ga p  is  i nv e rsely   pro portio nal  to   the   dia m et er  of  the   c arbo n  nanotu be .  T he   chirali ty   has  a n  im pact  on   th e  dev i vce   ou t put  cu rr e nt.  I nd eed,  wh e n  t he  chirali ty   increa ses  the  drai n  c urren t  increases  i n  F i gure  10,  f or   (n, m )=  (5 ,  0)   at   VG = 1V  ,  dr ai n   current  of   5µ A  ha s  bee n  ob t ai ned   a nd    f or   (n,m )=   (26,   0)  a  dr ai n  curre nt  of    24  µA  has  been  ob ta ine d.It  ca n  be  see n  C NT FETs  us in g  ca rbo n  na notu be   with  la rg er   diam et er  have  a  hi gh e r  dr ai n  cu rr e nt,  I   F igure  9,   10,   11,   12 (b)  the  c urves  is  s how n  in  lo gar it hm ic  scal e  at  g at e volt age    of  0.6 V the  im pact o f   c hira li ty  o n  O ff  cu rrent .   Table  2   giv e s  the  value  f or   Ion  an d  Ioff   cu rrent  we  rem ark   that  wh e n  the  chirali ty   increase  the  value   of   I on  cu rr e nt   increase   al so.   The   diam et er  on  CN T  has   sp eci al ly   eff e ct   on  drai n  cu rr e nt  ( on  – cu r ren t) ,  autom at ic ally th e  rati o  I on/I off  inc rease   for ( 26,0) c hirali ty .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8  :   4941   -   4950   4948   Table  2 . V al ue  of  I on  an d  I o ff   c urren t   corre spondin g  t o  c hira li ty   Ch irality   (n, m )   I on ( μA)   I off (μ A)   I on / Ioff   (5,0 )   2   3 .8x 1 0 - 5   0 .5   x  10 5   (10 ,0)   3 .5   3 .8x 1 0 - 5   0 .9   x  10 5   (19 ,0)   (26 ,0)   5 .8   7 .8   3 .8x 1 0 - 5   3 .8x 1 0 - 5   1 .5   x  10 5   2   x  10 5       5.2.   Effect  of  oxid e th ikn ess   In   t his  sect io n  the  im pact  of   ox i de  thi kn e ss  on  the  ou t put  char act erist ic   of  CNTFE T  pe rfor m ance  is   sIm ulate d,  the  nanotu be diam et er w il l be  f i xe d  at   2 nm  an d t he  t  is  var ie d  f ro m  1 - 5 nm .   The  F i gure  14 ,   15,   16 (a )  s how   the  dr ai n  c urr ent  f or   dif f eren ts  oxide  i ns ulat or   i n  li ne ar  scal e,  we   ob s er ve  that  w hen   the  gate  oxide  thik ness  i s  thin  the  co nductivit y  incre ase  and   the  le akag e  c urren t  is  no t   increasin g, f rom  h igh er  value  f r om  insu la or  thikn e ss  the  h e igh t  of   pote ntia l barrie r   bec ome s h ig h  is c ontr olled   by the  gate s ou rce  vo lt age .   The  F i gure  14,   15,   1 6 (b)  s how  the  dr ai n  cu rr e nt  f or   dif fere nts  oxide  i nsu la tor  in  lo ga rithm   scal e  we  ob s er ve  the  in flue nce  on  vari ance  of   ins ula tor  gate  oxide  thikn e ss  on  cu rr e nt  I on ,  I ds  (I o ff )  is  incha nge d ,  we  con cl ud e  whe n   the in su la to r  t hikness is  r e duced th e  r at io  I on /I off   will  inc rea se.         (a)     (b)     Figure  1 4 .  Th e I - V  c ha racter ist ic s o f o xid e t hikness t= 3n m  : (a)   I ds   – V ds   (b) Ids - V gs i n  l og a rithm ic  scal e         (a)     (b)     Figure  1 5 . T he  I - V  c ha racteri sti cs o f  oxide  thik ness  t=   2 n m : (a)  I ds   – Vds  (b) I ds - V gs  i n  lo ga rithm ic  s cal e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Eff ect  o f C hiral it y a nd O xi de Thikne ss  on th e Perfor m an ce  o f  a  B alli sti c CN TFET (As m a  L ar ibi)   4949     (a)     (b)     Figure  1 6 .  Th e I - V  c ha racter ist ic s o f o xid e t hiknesst= 1 nm : (a) I ds   – V ds ( b) Ids - V gs  in  l og a rithm ic  scal e             Figure  1 7 .   E ff e tc t   of   oxide t hik ne ss  on I - V  char act e risti cs in linear  scale     Figure  1 8.   Var i at ion   of drai n - s ource c urre nt ( IDS )  dr ai ns ou rce  volt age ( V DS ) for  v a rio us   gate  insu la to r  thic knesses  of CN T FET   by  De vi  Dass,  Ra kesh P rash e r,  Ra kes h  Vaid ,   T his r es ult j ust ifie s  the ac cu racy  of our  re su lt  [7]       Fr om   T able  3  we  ram ark   t ha t  the  I on   c urrent   is  inv e rsely   pro poti onnel  to   the  ins ulator   thik ness  a nd   the  le akag e  c urre nt  is  no t  af f ect ed  by  the  ga te   insu la tor  t hi kn ess bu  the  ra ti on   I on /I o ff is   w il l  increase  when  the   value   of  gate  ox i de  t hikness   is  dec rease .   Our  sim ulati on   acc ur acy   ca n  be  justi fied   by  in vestigat in g  oth e r  si m ulati on  r es ul t, the r es ult  is   appr ox im at ely eq ual c om par e d wit h re su lt  in   F ig ur e   1 8 .       Table  3 . V al ue  of  I on  an d  I o ff   c urren t  f or   oxyd e thik ness   Ox y d e thik n ess  ( n m )   I on ( μA)   I off (μ A)   I on /I o f f   1   36   3 .8x 1 0 - 5   9 .4 x  10 5   2   18   3 .8x 1 0 - 5   4 .7x  10 5   3   5   13   9   3 .8x 1 0 - 5   3 .8x 1 0 - 5   3 .4 x  10 5   2 . 3   x  1 0 5       6.   CONCL US I O N   In   t his  pa pe r  we  ha ve  i nv e s ti gate  the  ef fec t  of   c hirali y  and   gate  ox i de  thikn e ss  on   pe rfor m ance  of  CNTFET   dev i ce,  I   hav e   a naly se  in  t he  first   pa rt  the   in flu ence  of  c hirali ty   on  the   outp ut  c har act erist i cs  f or   carbo n  na notu be  fiel d  ef fect  transisto r .   Throug h  sim ulatio n  res ult  we  hav e   obse rv e d  that  w hen  ch iral it y  increases  the c u r ren t  value  in crease a nd the   rati o  I on /I o f f   is  pro portio nn el  t o t he  c hirali ty .   Fr om   seco nd   pa rt  we  ha ve  st ud y  t he  im pact   of  gate  ox i de  thikn e ss  on   dr ai n  cu rr e nt  we   can  ob se r ve  that  the   c urrent   is  af fected   by  the   gate   ins ul at or  thik ness ,  t he  oxide   thi kness  a f fects   the   I on   c urren t   but  the  I of f   current   rem ai n  sta ble.   The   a ccur acy   of  our   res ult  can   be  pro ved  by   co m par ing   oth e r   resea rch  group  wor k  wh ic h  is  id ent ic al .   An al ysi s   res ults  co ncl ud e   that  the  CNTFET s  ha ve   the  po te ntial   to  be   a  s uc cessf ul     rep la cem ent   o f  MOSFE T s in   nanoscale el ect ronics.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8  :   4941   -   4950   4950   REFERE NCE S     [1]   W.   Ahm ad  and  A.   Anze r ,   “M odel ing  and  sim ulation  of  b al l isti c   ca rbon  n anot ube   fie ld   eff ec t   tra n sistors  (cn tfe ts)   with  quant um   tr ansport  con ce pt   and  it s  appl i cati on  in  nano elec tr onic s,”   VSR D  In te rnational   Jour nal  of  El e ct ri cal,   El e ct ronics  &   C omm unic ati on  E ngine ering ,  v ol /is sue:   3 ( 7 ),  2013 .   [2]   L.   W ei ,   et   al . ,   “ Non  it era t ive   Co m pac t  Modell in g  for  Intri nsic  C arb on - Nanotube   FETs:  Quantum  Capa c it an ce   and   Bal li st ic T ran sp ort , ”  IE EE   Tr ansacti ons on   Elec t ron Dev ices ,   vo l /i ss ue:   58 ( 8 ) ,   20 11.   [3]   R.   Sahoo  and  R .   R.   Mishra,   “ Si m ula ti ons  of  Ca rbon  Nanotube   Fiel d  Eff ec t   Trans istors, ”  Inte rn ati onal  Journal  of  El e ct ronic   Engi n ee ring  Re search ,  v ol /i ss ue:   1 ( 2 ),   pp.   117 – 125 ,  20 09 .   [4]   L .   S.  Nasrat ,   et  al. ,  “ Carbon  Nanotube s  Eff e ct  for  Pol y m er  Mate r ia ls  on  Break  Dow n  Volta ge , ”   In te rnationa l   Journal  of   Elec t rical   and   Computer  Eng ine ering   ( IJE CE) ,  v ol /i ss ue:   7 ( 4 ) ,   pp .   177 0 - 1778 ,  2017 .   [5]   H.  S.  Phili pwon g   and   D.  Akinwande ,   “ Carbon  Nanot ube  and  G rap hene   Dev ice  Ph y sics , ”  Cambridge  Univer si t y  Pre ss ,   New York ,   2011 .   [6]   R.   Martel ,   et   a l . ,  “ Am bipol ar  El e ct ri ca l   Tra ns port  in  Sem ic o nduct ing   Singl e - W al l  Carbon  Nanotube s,”   Ph ys.   Re v . Lett ,   2001 .   [7]   D.   Da ss ,   et   al . ,   “I m pac t  of  sca ling  gat e  insul at o r  thi ckn ess  on  the   per form ance  of  ca rbon  nano t ube  field  eff e ct  tra nsistors (c n tfets), ”   Journal  o f nano -   and  e lectr onic   ph ysic s ,   v ol /i ss ue:   5 ( 2 ) ,   201 3.   [8]   D.  Zha ng ,   et   a l . ,  “ Char ac t eriza t ion  of  Mult i - W al l ed  Carbon   Nanotube  Film   Sensor  and  Et ha nol  Gas - Sensing   Properti es, ”   TEL KOMNIKA ,  v ol / issue:  11 ( 1 ) ,   pp.   55 - 62 ,  2013 .   [9]   C.   Scovi ll e ,   et al . ,   “ Carbon  Nano tube s . ”   [10]   S.  Nabiz ade h ,   et  al. ,  “ Num eri ca l   Study   of  CNT  Micro  Fi n  Arra y   for  Cooli ng  Ap pli c at ion ,”   Bulle ti n  of  El e ct rica l  Engi ne ering  and   Informatic s ,  v ol /i ss ue:   2 ( 4 ) ,   pp .   233 - 239 ,  2013 .   [11]   M.   Bozlar,   “ Modificati on   de  sur fac e   des  n anot u bes  de  ca rbon e  par   un  po l y m èr e   conducte ur  élec trogé nér é    pou r  l a  réa l isat ion   de   na nocompos it es  m ult if onc ti onn el s , ”   Th èse   do ct or at,   é cole cent r ale  p ari s,  2007 .   [12]   S.  R izk ,  “ El abor at ion  Et   Car acté risat ion  De  Nanostruc ture s  Carb onee s  Par  Proce de  Cvd  Assist e  Par  Plasm a    Micro  onde ,”   Th èse   do ct ora t,  Univ ersité  Henri   Poinc aré,  Nan c y   I ,   2009 .   [13]   A.   Khial ,   et   al . ,   “ On   the   DIBL  Reduc ti on  Eff e ct   of  Short  Channe l  Carbon  Na notube   Fiel d  Ef fec t  Tr ansistors , ”    Inte rnational   Jo urnal  of El e ct ri c al  and  Comput er  Engi n ee ring   ( IJE CE) ,   v ol / issue:   6 ( 4 ) ,   pp .   1514 - 1 521 ,  2016 .     [14]   A.   Mouatsi. ,   “ Com posants  a  het ero stru ct ure s   Applic at i on  en   nanoe lectr oniq ue  et   nanophotonique , ”   The se   de   doct ora t,   Uni ver sité   d e consta nt i ne  1,   2013 .     [15]   J.   H.  L ee   and   B.   S.  Le e ,   “ Modal   ana l y sis  of   ca rbon  n anot ub es  and  n anoc on es  using  FEM , ”   Computati ona l   Mate rials S ci en c e ,  vo l.  51,   pp.   30 – 42 ,  2012 .   [16]   Nanotube   f ie l d - e ffe ct t r ansistor .   h tt p://ww w.re sea r ch. ib m . com/nan oscie nc e/ fe t. h tml    [17]   P .   J.  F.  Harri s,  “C arb on  nanot u bes  and    rel a te d   struct ure s  new  m at eri a ls  for  the  twenty first  c entur y ,”   Cambrid g e  Univer sit y   Press ,   New York ,   200 4 .   [18]   L .   W ei ,   et   al . ,  “ Non  it era t ive   Co m pac t  Modell in g  for  Intri nsic  C arb on - Nanotube   FETs:  Quantum  Capa c it an ce   and   Bal li st ic T ran sp ort , ”   IE EE   Tr ansacti ons  on   Elec t ron Dev ices ,   vo l /i ss ue:   58 ( 8 ) ,   20 11 .   [19]   H .   C .   Chuan,   “ Modeli ng  and  Anal y sis  of  Ballisti c  Carbon  N anot ube  Fie ld  E ffe ct   Tr ansistor   (CNTFET)  with  Quantum T ran sp ort  Conc ept , ”  20 07.   [20]   R.   Ran i ,   “ Carb on  Nano  Tub es  in  Fie ld  Eff e ct  of  Tr ansistor , ”   Inte rnatio nal  J ournal  of  Inno v ati v e  R ese arch  in  Computer  and  C omm unic ati on  E ngine ering ,   v ol /is sue:   4 ( 2 ),  2016 .   [21]   S .   Z .   A . ,   e t  al . ,   “ Com par ison  of  t he  per form an ce   of  ballisti c  schot tk y   bar r ie r  Gr ap hene   Nanor ibbo n  FET , ”   Ba chelo r  of  Scie n ce,   BRA C  Univer sit y ,   B a ngla desh,   2014.   [22]   S.  A.   Khan   and  M .   Hasan ,   “ Cha rac t eri z ation  of  Carbon.   Nano tu be  Fiel d   Eff ec t   Tra nsistor , ”   Ba c hel or  of   Scie n ce ,  Bangl ad esh,   201 2 .   [23]   S.   A.  Khan,   et   al . ,   “ Inve stigation  of  CNTFET  Perform anc e  with  Gate   Contro l  Coef fic i ent   Eff e ct , ”   J ournal  of  nano -   and  elec t roni c  p hysic s ,   v ol /i ss ue:   6 ( 2 ) ,  2014 .   [24]   D .   Dass   and   R .   Vaid,   “ Im pac t   o f  SW CNT  Band  Gaps  on  th e  Pe rform anc e  of   a  Bal li st ic   C arb on   Nanotube  Fiel d   Eff ect Transistor s (CNTFET s) , ”   Journal  of   nano -   and  e lectronic p hysic s ,   v ol /i ss ue:   9 ( 4 ) ,   2017 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.