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.   11 ,  No.   1 ,  Febr uar y   2021 , pp.  7 80 ~ 787   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 11 i 1 . pp 780 - 787           780       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om   Electri cal  c ha racteri zation  of si  n an owire  GAA - T F ET  b ase d  on  d imensio ns  down s calin g       Fir as   Natheer  A b dul - K ad ir 1 , Yasir  Ha s him 2 , Mohamm ed Naz mus S h ak ib 3 , F aris  H as s an  T aha 4     1 ,4 Depa rtment   of   Elec tr ical Engi n ee ring ,   Co ll eg e of  Engi n ee rin g,   Univer sit y   of   Mos ul,   Ira q   2 Depa rtment  of C om pute r  Engi n ee ring ,   Fa cul t y   o f  Engi n ee ring ,   T ishk I nte rn at ion a l  Univer si t y ,   Ira q   3 Facul t y   of Elect ric a l  and   E lectr o nic s E ng ine er ing   Technol og y ,   Un ive rs it i   Mal a y s ia Paha ng,   Mal a y s i a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A pr   30, 202 0   Re vised  A ug 13 ,   2020   Accepte d  S e p 8 , 2 020       Thi s  rese arc h  pa per   expl a ins  the   eff ect  of  the   di m ensions  of  Gate - all - aro un d   Si  nanowir e  tu nnel ing  f ie ld  e ffe ct   tra nsistor   (GA A  Si - N W  TFET )  o n   ON /OFF   cur ren t  rat io ,   dr ai n  ind uce s  bar r ie r  lower ing  (DIBL) ,   s ub - thre shold   sw ing  (S S),  and  thre shold  volt ag e  (V T ).   The se  pa ramet ers  are   cr itical  fac tors   of  the  cha r acte ri stic s  of  tu nnel  fi el d  eff e ct   tra nsis tors .   Th e  Silv aco  T CAD   has   bee n  used  to  st ud y   th e  elec tri c al   ch ara c te r isti c s  of  S i - NW   TF ET .   Outpu t   (ga te   vo ltage - dr ai n  cur r ent )   charac t eri sti cs  with   cha nne l  dimen sions  were   sim ula te d.   Resul ts  show   tha t  50n m   long  nanowir es  with  9nm - 18nm   dia m et er   and  3nm   oxide   t hic kness  tend  t o   have   the  best  n anowir e  tunne l   f ie ld  eff e ct  tra nsistor  (Si - N W   TFET ) char acte ristics.   Ke yw or d s :   Dow ns cal in g   GAA   Nano wire   S ub - t hr es hold  swing    TFET   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Yasir Has him ,    Dep a rtm ent o f C om pu te r  E ng i neer i ng,   Tishk I nter national  U niv e rsity  ( TI U),   Kurd ist a n - E r bil, I ra q.   Em a il :  ya sir.h ashim @ti u. edu . iq       1.   INTROD U CTION   The  t unnel  fiel d - e ff ect   tr ansis tor  (TFE T)  is   a  sem ic on du ct or s   de vice  us e d  to   a  prom isin g  can did at e   at   low  po wer  app li cat io ns   i n  na nom et er  scal es  m os tl y   b ecause   t he  c onve ntion al   m et a l - ox i de - sem ic ondu ct or   fiel d  e ff ect   tra ns ist or   (M OSF ET)  a ppr oac he d  th e  ph ysi cal   and  the rm al   lim it s.  Howev e r ,  the   esse ntial   ph ysi cal   lim it at ion   of   MOSFET   t hat  is  to  scal e  the m   at   the  su bm ic ro n  re gion   is  the  pu r su i ng  short  c hanne l  eff ect s  (S C Es)   [ 1] .   Th e  sil ic on  na no wire  t ran sist or  is  al so  use d  a s  a   ca nd i date  dev ic e   w hich   has  t he  e xcell ent  ga te   con t ro ll ed  a nd   highly   influ e nced   el ect rical   beh a vior  to  ov e rc om e  the  pro blem s  caused   by  s hort  c hannel  eff ect s  [ 2 - 5 ] .  I n  the  la st  decad e,  the  ra pid   de ve lo pm ent  in   sh ri nk i ng   of   se m ic on duct ors  dev ic e  le d  to   t he  short   channel  e ff ect s   as  ve ry  ha rs h  pro blem   su ch  as  increa sin g  drai n  i nduce d  ba rr ie r   lo wer i ng  (DIBL) ,  a nd  m any  researc h  ha ve   been  do ne  in  t he  la st  deca de  to  fin d  t he  s ubsti tuti ve  de vice  struct ur e  f or   st riving  im pr ove m ents.   Subseque ntly   dev ic e   str uctures  su c h  as  do ub le - gate  ( DG),  s urr oundin g - gate  (SG) ,  ga te   al l  arou nd  ( GAA )     and  car bon  na no  tu be  (CN T)  Fi nF E Ts  a nd  gra ph e ne - na no - ri bbon  (GNR)  t ransi stors  ha ve   bee n  i ncite d    for  res olv i ng  the  scal in g  m atter   of  bulk  t ra ns ist ors  [6 - 11 ] .   Gate  al l  arou nd - sil ic on  na no  wi re  tu nn el i ng   FET  (GAA - Si N W T FET)   has   m os t  optim iz ed  gate  str uctu re   than   the   Fi nF ET s.  T he  key  pe rfo rm a nce  for     a  transist or   is   the  dr ai n  c urre nt   (I d ) ,   dra in  in du ce d  ba rr ie r   lo wer in g   (DIBL ) ,  t hr e sh ol d   volt age   (V T ) ,    su b - th res ho l d  s lop   (S S )  a nd   fa ste r  switc hi ng  perform ance  ( I ON / I OFF )   wh ic h  is  relat ed  to  t he   sub - t hr es hold  slo p   wh e n  t he  tra ns i stor o per at e at  low v oltage  [ 12 ] .    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       Ele ct ric al char acteri za ti on  of  si n anowire  G AA - TF ET  base d on …  ( Fir as   Natheer  Ab dul - K adir )   781   SS   ≅ ( 1 +      )   (1)     Wh e re  C d   a nd  C ox   are the  drain a nd oxide  ca pacit ance,  r es pe ct ively  w it h:       = 60    /        (2)     The  sub - thre s ho l d  slo p  (S S )  is  the  vo lt ag e  app li ed  on   t he  gate  to  ch ang e  th e  dr ai n  cur re nt  by     decad e   [1 3 ].   To  ob ta i ning  a  low  sub - thre sh ol d  sl op   (SS  <  60 m V  /d ec)  a n d  hi gh   switc hing  perf or m ance   ( I ON / I OFF   >  10 5 )  [14],  the  quantum   m echani s m   in  tun neli ng   TF ETs  has   been   intr oduc ed  as  a  su bs ti tuti on   carrier  in j ect io n  m echan is m   i n  MOSFE Ts which suff e rs  f rom   ther m al  lim i ta ti on  [ 1 5 - 17 ] . O the r  adv a nta ge s o f   the  TFETs  a re  to  reduce   le a ka ge  cu rr e nt ,   a nd   to   pro vid e  higher  c urren t  tha n  the  MO SFE T,  bette r  el ect r os ta ti c  con t ro l,   prev e ntion  of  t he  s hort  c ha nn el   e ffec ts  an d  s uitab le   to  fa bri cat e  with  CM O S  processin g  te c hn iqu es   [1 8 - 22 ] .   The re fore  the  TFET s  hav e  been   ga ining   popula r it y   ov er  MOS FETs  in  the  te chnolo gy  no de s   [ 23 ] .   Seve ral  ex cel le nt  arti cl e  and   over view  hav e   been   done  in  t he  la st  few   ye ars  ag o,   wh ic h  su m m arize  the  TFE T   m od ern   on  sp e ci fic  TFET  topi c  [ 24 ] .  Acc ord ing   to  af or em entione d  res ults   that  are  abo ut  char act e rizat ion   an d  featur e s  f or   T FET,  this  pap e r  is  pro posed   . Ther e f or e   the  i m po rtance  of  the  w ork  li es  in   wh at   it   shows  from   inv est igate d  c ha racteri zat ion f or ele ct rical  p a ram et ers  wh ic h ca n be c riti cal  f act or of T FET .        2.   RESEA R CH MET HO D   The  G A A  N W  Si - TFET is a  P - I - N  st ru ct ur e  w it h  an  intri nsi c se m ic on duct or   par t ( I)   betw een h ea vily   dope d  s ource  ( p + )  an d  the   drai n  ( n + ).   By   us in g  band - to - band  tu nnel in g  FET   m echan ism ,  gate  al l  arou nd  con t ro ls  t he  t unnelin g  betw een  the   c hann el   and  ( s ource   an d  dr ai n )   re gions  as   s how ed  in   F i gure  1   [25]     Fig ure   2  s how s  a  cro ss - sect ion al   area  of   th e  dev ic e.  T he  sil ic on   cha nn el   rad ius  is  (R )   f or   the  gate  le ngth  ( L)   wh ic h  has  do ping  co nce ntra ti on   with  10 16   per   cm - 3 ,  Si O 2   has  bee n   us e d  as  a  gat e  ox i de  diele c tric   and    the  co ns ta nt  dopi ng   pro file   has  bee n  sel e ct ed  of   10 20   per   cm - 3  fo r  t he  both  s ourc e  and   dr ai n  r egio n.     The  tu nn el i ng   process  is  tra nsfer  el ect r on   or  hole   thr ough  the  jun ct io n,   t hi s  process  cau s es  pairs  of   el ec tro ns   and  hole s,  he nc e  the  tra nsfer  rates  of  el ect r ons  a nd  hole s  a re  op posit e  an d  e qu al   [2 6 ].   We  us e d  in  t hi s  w ork   non   l ocal  ba nd   to  band  t unnel ing   m od el   to   ve sti ge  the  t unne li ng   gen e rati on  rate  a cr os s  a   tunneli ng  le ngth  a nd  inco rpor at es  t he   cha ng e  i n  th e  el ect ric  fiel d  al ong  the   tu nnel ing  le ngth.   This  m od el   is  m or e  accurat e  for  r eve rse bia sed   tunneli ng ju nct ion   with  high  dopi ng and c ons erv at io n  s ub -   thres hold  slo p u p  to  60 m V/ d e c.           (a)   (b)     Figure  1.  Ene r gy b a nd  for  a  TFET a  nor m al ly  o ff   dev ic e.  ( a )   t he gate  full y de plete s the c hanne l ,    (b)   a  posit ive  ga te  v olta ge  tu r ns  t he  c hannel  on   [ 23]     Figure  2.   The  s chem at ic  3 D  struct ur e ,  and    (b)  t he  ove rall  d im ension   of   GAA   FET     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.  11 , No .  1 ,  Febr uar y   2021   :    7 8 0   -   78 7   782   The  de vice  ha s  bee n  st ru ct ured   an d  sim ulate d  by  us i ng  Sil vaco   TCA D   [ 27 ]   in   s pecif ie d  scal in g  dow n  dim ension s  within un de rl yi ng  physi cs  w it h  tunneli ng p he no m ena p r opos e d  by K a ne   [2 8 ] . T he  des ign e d  TFET  in  this  pap e r,   sim ulate   with  var io us  di m ension s  f or  channel  ra diu s  ( R ),   cha nn e l  le ng th  ( L )  an d  gat e   ox i de  thic kn e s s  (T OX )   t o  stu dy   the  el ect rical   char act e rizat ion  an d  a naly sis  i m po rta nce  pa ram et ers  eff e ct s  on   the  de vice  su c h  as   D IBL,  SS ,   G m ,  V T   and   O N/OFF  cu rr e nt  rati o.   The  dim ensio ns   pr of il e   has  bee n  sel ec te d  to  be  ( 25,   18,   9,   5)   nm   fo r  c ha nnel   ra diu s ,  ( 20 0,   100,   50,   25)   nm   fo r  c hanne l  le ng th  a nd  ( 4,   3,   2,   1)  nm   fo r  gate   ox i de  thic kn e ss.  T he  softw are  can  ge nerat e  us ef ul  ch aracte risti c  G AA   TFET  c urves  f or   resea rch e rs ,   especial ly  to  f ul ly  ex plain t he unde rly ing   physi cs of TF ET.    This  sim ulati on   to ol  is  util iz ed  to   in vestig at e  the  c har act erist ic s  of  the   Si - GAA  T FE T  base d  on   var i ou s   c ha nn e l’s   par am et ers.   The  outp ut  ch aracte risti c  curves  of  the  tra nsi stor  unde r  di fferent  co ndit ions  an d  with  diff e ren t  par am et ers  are  consi der e d. Th e eff ect s  of v a r ia ble ch a nn el   dim ension s,  n a m el y; ch an nel  le ng th ,   width  an d  oxi de  thic kness  i n  a dd it io n  t o  scal ing   facto r  of  the  TFET ,  are  determ ined  base d  on  th e  I – V  char act e risti cs  that  der ive d  from   the  si m ulati on .  I n  this   pap e r,   the  I d – V g   c har act eri sti cs  of   transi stor  at     the  te m per at ure  of   300  K  a r e  si m ulate d  an d  eval uated  wi th  the  sim ulatio n  pa ram et ers  for   cha nnel   le ng t hs ,  channel  diam eter s,  a nd c hann el  o xi de  thic kn esses ha ve  b ee n  li ste d  i n  Ta bl e 1 .       Table  1.   Sim ul at ion   par am et e rs   Si m u latio n  ty p e   Variable  P ara m ete rs   Co n stan t Par a m ete rs   Ch an n el leng th  ef fect   Ch an n el leng th  ( L)   (25 ,  5 0 ,  1 0 0 ,  an d  20 0 )  n m   Ch an n el r ad iu s (R)   (5) n m   Ox id e thick n ess  ( T OX )   (1) n m   Ch an n el Dop in g  ( P)   10 16   cm −3   Drain  Do p in g  ( P + )   10 20   cm −3   So u rce  Do p in g  ( N + )   10 20   cm −3   Drain  len g th   8 0  n m   So u rce  len g th   8 0 n m   Ch an n el r ad iu s ef fect   Ch an n el r ad iu s (R)   (5, 9, 18 ,  an d  25 )  n m   Ch an n el leng th  ( L)   (20 0 )  n m   Ox id e thick n ess  ( T OX )   (1) n m   Ch an n el Dop in g  ( P)   10 16   cm −3   Drain   Do p in g  ( P + )   10 20   cm −3   So u rce   Do p in g  ( N + )   10 20   cm −3   Drain   len g th   8 0  n m   So u rce  len g th   8 0 n m   Ch an n el Oxid e thick n ess   ef f ect   Ox id e  th ick n ess  ( T OX )   (1, 2, 3,  an d  4) n m   Ch an n el leng th  ( L)   (20 0 )  n m   Ch an n el r ad iu s (R)   (5) n m   Ch an n el Dop in g  ( P)   10 16   cm −3   Drain  Do p in g  ( P + )   10 20   cm −3   So u rce   Do p in g  ( N + )   10 20   cm −3   Drain   len g th   8 0  n m   So u rce   len g th   8 0 n m       Thr ee  sim ulatio n  ste ps   we re  cond ucted  to  e valuate  the  dim ension s  de pe nd e nt  pe rfor m ance  of  TFE T   in  te rm s  of   the   con si der e d  m et rics.  I n  the  fi rst  ste p,   c ha nnel   le ng th  has  be en  va ried ,  w he reas  ot her   c ha nn el   dim ension s  (R   an d  T ox )  wer e   ke pt  with  c on sta nt  val ues.  I n  t he  sec ond  s te p,   t he  e ff ect   of  cha ngin g  c hannel   diam e te r  has  be en  in vestigat e d  with  both  c ha nn el   le ng t h  a nd   oxide  t hick ness  of   c ha nn e l  was  ke pt  co nst ant.    In the  final ste p,   oxide t hick ne ss w as  v a ried   and len gth  a nd  rad i us   of cha nnel  w e re  fixe d.        3.   RESU LT S   A ND  DI SCUS S ION S   In   this  sect io n,  the  resu lt s  of  dim ension al   eff ect   on   the   el ect rical   cha racteri sti cs  pr e sented  a nd   discusse d.  D ownsc al ing   of   l eng t h  of  cha nnel   (L),  ra dio s   of   na nowi re  of   c hannel  (R) ,  an d  oxide  th ic kn es s   (T OX )  a nd  it s  e ff ect   on  the   I ON /I OFF   rati o ,  s ub - t hr es huld  s w ing   (SS),   drai n  induse d  ba rr ie r  lo wer i ng  ( DIB L),  tresh uld   volt ag e ( V T ), an d  tra ns c onduct ance  (G m )  of c ha nn e l  hav e  b ee n st udie d.      3.1 .    D ownsc aling  ch annel  length    T he  res ult  of   the  eff ect   of  scal ing   dow n  of   channel  le ng t h  (L)   on   the  e le ct rical   char act erist ic s  of   GAA  N W - TF ET  h as  been   i nv e sti gated,   t he   channel  le ng th  L  has  bee n  scal ed  dow n  from   20 0nm   to  25nm ,  wh e reas  oxi de   thicknes s  an d  rad ius  wer e  kep t  c on sta nt  at   1  nm   and   5  nm ,  resp ect ively .  Also,  th e  dr ai n  vo lt age  for  t ra ns fe r  c h aracte r ist ic s h as b ee n chose n  t o  be  V DD     1 V.  T he sim ulati on  of tran s fer  c ha racteri sti cs   (drain  cu rr e nt  I d – gate  vo lt ag e  V g )  has  bee n  co nducted  with  dif fer e nt  values  of   cha nnel   le ng th s  L,   wh e r e   L=2 5,   50, 1 00,  200nm .   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       Ele ct ric al char acteri za ti on  of  si n anowire  G AA - TF ET  base d on …  ( Fir as   Natheer  Ab dul - K adir )   783   Ba sed  on  the   ob ta ine d  res ults  that  il lus trat e d  in   Fi gure  3,  the  I ON /I OFF  rat io  e xponentia ll y  increases   with  t he  c hann el   le ng t h  le ss   than   100  nm ,  wh il e,   f or  cha nn el   le ngth  ab ov e   100nm   the  I ON /I OFF   we re  alm os t   const ant.  As  s how n  in  Fig ur e  3,   the  m axim u m   value  of  the  I ON /I OFF   rati o  is  m or e  tha n  3.2 *10 3   at   L  ≥   10 0  nm .   Figure  4  sho ws   the  relat ion   of  SS  an d  DI BL  char act e risti c  with  cha nnel   le ng t h,   this  fig ure   exp la in  t hat  the  S S   i m pr oved  a nd  decr ease d  as   the  channel  le ng t h  increa se d  up  to  50 nm  and   re ache d  72.6   m V/dec,  wh il e,     for  L   ≥   50nm ,  the  value s  o f  S S  wer e  al m os t  const ant.   F or   DI BL ,  the  re sul ts  in  Figure  4  sh ows  t hat  the  DI B L   decr ease s  with   increasin g  c ha nn el   le ngt h  up  to  100nm ,  t hen   t he  val ue s  of   DI BL  w ere  al m os t  con sta nt     at  1 06 m V/V.   Figure 5   sho ws   the  relat ion  of leng th of  gate with  tra ns co nd uc ta nce ( G m )  a nd   t hr es hold volt age  ( V T ) ,  bo t h  V T   a nd  Gm   increased   li near ly   with   L  up  to  L= 50nm ,  then   bot h  (G m   an d  V T )  al m os t  con st ant  f or     L   ≥   50 nm . A ccordin g  these  r e su lt s the best  an d  m ini m al  Lg   m us t be abo ut 5 0 nm  that has  best DIBL,  G m  and   V T   wit h  acce pt able I ON /I OFF .             Figure  3.   C ha r act erist ic s o f  I ON /I OFF   rati o  wit h   L   F igure  4 .  T he   c har act er est ic s   of SS  a nd  DI B L w it h  channel l e ng t h           Figure  5.  The  leng t h of gate  e ff ect   on   tra ns c onduct ance  ( G m )  and  t hr es hold  vo lt age  (V T )       3.2 .     D ownsc aling  ch annel  radi us   The  m ini m izing   of   c ha nn el   r adius  R   an d  it s  eff e ct   on  th e   el ect rical   chara ct erist ic s  of   GAA  T FET   hav e  bee n  in ve sti gated  in  this   sect ion .  T he  va lue  of   R  was  change d  ( 5,   9,   18   a nd  25  nm )  wh il e  L=2 00 nm   and   T OX   =  15   nm .   Figure  6  s hows  the  el ect ri cal   char act eris ti cs  of   I ON /I OFF   rati o  dep e nd ing   on   the  e ffec t  of   changin g  c ha nnel   ra diu s  R.  T he  I ON /I OFF   rati o  f or   both  volt ages  ( V D   =  1  V  an d  V G   =  1. 5  V ).   T he  I ON /I OFF   rati o   is  increasin g  pro portio nal  wit h  inc reasin g  c hannel  ra dius.   It  is  possible   to  rec o gniz e  that  at   R  lowe r  tha n  10nm   there  are  hig hly  increas ing   in  I ON /I OFF   rati os ,  w hile  at   R  hig her   tha n  10nm   there  are  lower   inc reasing   i n  I ON /I OFF   rati os .   So,  if  th e  cha nn el   dim et er  m ini m iz e  fr om   25nm   to  10nm ,  the  I ON /I OFF   rati os   with  de crease d  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.  11 , No .  1 ,  Febr uar y   2021   :    7 8 0   -   78 7   784   from   3. 9  *1 0 5   to  7* 10 4   res pe ct ively .  Wh il e,  the  m ini m izing   the   cha nnel   r adius   f ro m   10nm   to  5n m   will   dro p  dow n  the  I ON /I OFF   rati os  fro m  7 *1 0 4   to  3.2* 10 3   re sp ect ively .    Figure  7  de pic ts  the  var ia ti on  of   SS  an d  D I BL  values  with  var ia ble  cha nn el   ra diu s .  The  SS  hi gh ly   i m pr oved  a nd  increase d  f ro m   72.8   t o  57. 5  m V/dec  wh en   the  ra diu s  c ha ng e d  from   5  to  10 nm   resp ec ti vely,     the  SS  inc reas ed  sli gh tl y  to  50  m V/dec  wh e n  the  ra diu s  i n creased  t o  25nm .  Figu re  7  il lustrate   that  the   BIDL   beh a vior  lo ok  li ke  sam e   as  SS,   the  D IBL  i m pr ov e d  an d  dro pp e d  hi gh l y  al so   from   11 6  t o  60  m V/ V  with   rad i us   f r om   5  to  10  nm   respec ti vely ,  and  dro pped  sli gh tl y  from   60   t o  38  m V/V  with   the  ra nge  of  ch anne l   rad i us   10 to 2 5nm .    Fu rt her m or e,   the  im pacts  of  va ryi ng  cha nnel   ra diu s   on  V T   a nd  G m   ar e  il lustrate d  i n  Fi gure  8.     The  t hr es hold   vo lt age   is  al m os t  c on sta nt  re gardless  c ha nnel   widt h  e xcept   at   the  R   =  10  nm ,  w her e   V T   sco re s   the  highest  val ue  of   0.13   V.   Finall y,  t he  G m   increased  as   channel  rad i us  increase d.   G GA   TF ET  ach ie ved   higher  G m   at   D  =  25  nm ,  the  G m   char act erist ic s  increase d  with  de creasi ng  R  an d  ac hiev ed  the  l ow e r  va lue  at  D  =  5  nm .   Acco r ding  these  r esults  the  m inim al   R   with  good   el ect rical   char act erist ic s  m us t  be  abo ut  10   nm   that has  b est   D IBL,  Gm  an d V T   wit h  acce ptable I ON /I OFF .             F igure  6 .   C ha r act erist ic s o f  I ON /I OFF   rati o  wit h   R   F igure  7 .  T he   var ia ti on  of   SS  and  DI BL  w it h  R           Figure  8 .  C ha r act erist ic s o f  V T   an d G m   with   R       3.3 .    D ownsc aling  c h annel  oxide  th ic knes s     Figure s  9  t o  11   sh ow  the  cha nnel   ox i de  thick ness  va riat ion   i n  relat ion   t o  th e  el ect rical   char act erist ic s   of  G AA   TFE T .  F or   t h is   sim ula ti on   ste p ,  T OX   has  been  var ie d  ( 1,  2,  3   a nd   4   nm ),   the  c hannel  le ngth   a nd  channel  ra dius   has  been   k e pt   con sta nt  at   200   nm   and   5nm   resp ect ively .  Figure  9   il lustrate s  the  re la ti on   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       Ele ct ric al char acteri za ti on  of  si n anowire  G AA - TF ET  base d on …  ( Fir as   Natheer  Ab dul - K adir )   785   betwee n  the  I ON /I OFF   rati o  with  the  c hannel  oxide  thic kn e ss .  T he   m i nim u m   I ON /I OF F   rati o   ( 3.1*1 0 3 )  with     V DD   =  1   V  w as  ob ta ine d  at   m ini m u m   T OX   =  1  nm   and   then  inc rease d   to  2.5 * 10 13   at   T OX   =  4   nm .   Fr om    the  res ults  s hown  in  Fig ur e   10,   it   is  cl ea r   th at   for  a   lo wer   channel  ox i de  thickne ss,  T OX   =  1   nm   the  TF ET   ha s   sh ow n  w or se   S S  cha racteri sti cs  with   the  bes t  SS  value   of  72. 8   m V/dec  c om par ed  to  othe r  T OX   val ues.  T he  S S  i m pr oved   with   in creasi ng  T OX   and  the  best   value   ( 21. 4  m V/V)  wa s  at   T OX   =  3nm .  Figu re   10  al s o   disp la ys   channel  ox i de  thickne ss  ver s us   DI BL  c ha ra ct erist ic s  of   T FET .  DI BL   in creased   li near l y  with  inc reasi ng  T OX ,  the  best  val ue  at   T OX   =1n m .  Figure  11  re pr esents  the  relat ion   of   bo t h  V T   and   G m ,  G m   has  a  peak   value  at   2n m   wh il e V T   incre ased w it h  inc re asi ng  T ox  a nd   it s v al ue  alm os t con sta nt af te r   T OX   =1n m .  Ac cordin g  these r esults  the  m ini m a l  T OX   with  good  el ect rical   chara ct erist ic s  m us t  be  2   nm   that  has   best   D IB L,  Gm   and   V T   with  acce ptable  I ON /I OFF .             F igure  9 .   C ha r act erist ic s o f  I ON /I OFF   rati o  wit h   T OX     F igure  10 .   T he   cha racterest ic s   of SS  and  DIBL wit h   T OX           Figure  11. C ha racteri sti cs of  V T   a nd G m   with   T OX       4.   CONCL US I O N   The  dow ns cal ing  ef fect  on  t he   el ect rical   cha racteri sti cs  of G A A  Si - N W  T FET h as b ee n  i nv e sti gated,  TCAD   sim ulatio n  t oo l  has  be en  us ed   to  c rea te   the  outp ut  c har act erist ic s  of  TFE T  a nd  th e  crit ic al   par a m et ers  relat ed  to  the   e le ct rical   char ac te risti cs  transis tor.   D ownscali ng   of  le ngth  of  channel  ( L),   r adios  of   na now ire  of  channel  (R) ,  a nd   ox i de  thick ness  (T OX )  a nd   it s  eff ect   on   the  I ON /I OFF   rati o ,  s ub - th reshul d  swi ng   (S S ),   dr ai n  induse d  ba rr ie r  lowe rin g  ( DIB L),   tres hu l d  vo lt age  (V T ),   and   tra ns c onduct ance  ( G m )  of   c hannel  ha ve  bee n  stud ie d.   T he  re su lt s  show s  th at   the  m ini m a l   channel  le ngth  with  good  el ect rical   char act erist ic s  was  at   50nm ,  the  m ini m al  chan nel  re diu s w it h  good  el ect rical   char act erist ic s  was  at   10 nm ,   and   finall y,  the  m ini m al  chan ne l   ox i de  thic knes s w it h g ood e le ct rical  ch aracte risti cs w as at  r ang e  2 to  3nm .     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.  11 , No .  1 ,  Febr uar y   2021   :    7 8 0   -   78 7   786   ACKN OWLE DGE MENTS     The  a uthors  w ou l d  li ke  to  t hank  Ish i k  I nt ern at io nal  uni ver sit y  (T IU),   Un i ve rsity   of   Mosu l,  a nd  Un i ver sit y  M al ay sia   Pahan g  (U MP )  for  their  sup port,  This  w ork  w as  su pp or te d  by  the  RDU  Gr a nt     (No: RD U 180315 0) of the  Unive rsiti  Mal aysia Pah a ng, Ma la ysi a.       REFERE NCE S     [1]   M.  Neisser  and   S.  W urm ,   “ ITRS  li thogra ph y   ro admap:  2015  ch al l enge s,”   Ad va nce d  Opti cal   Te chnol ogi es,   vol .   4,   no.   4 ,   pp .   235 - 2 40,   2015 .   [2]   S.  Bangsar unti p,   et   al . ,   “ High  per form anc e  and  highly   un iform  gat e - all - aro und  sili con  nanowir e  MO S FETs  with   wire   siz e  d epe nd ent   sc al ing , ”   IE E E  Int .   El e ct ron  Dev ices Meeti ng ,   Ba lt imore ,   pp .   1 - 4,   2009 .   [3]   Y.  Hashim   O.  Sidek,   “ Dim ensiona l  E ffe c t  on   DIBL  in  Sili c on  Nanowire   T ran sistors , ”   Ad v ance d  Mat erial s  Re search,   vol .   6 26,   pp .   190 - 194 ,   2013.   [4]   H.  T.   Al   Ariqi ,   W .   A.  Jabba r ,   Y.  Hashim ,   H.  B.   Man ap,  “ Chara c te ri zation   of  sili con   nan owire   tra nsistor , ”  TEL KOMNIKA   Tele communic a t ion,   Comput ing,  El e ct ronics  and   Control ,   vo l. 17, no. 6, pp. 2860 - 2866 ,   2019 .   [5]   Y.  Hashim ,   “O pti m iz ation  of  Resista nc e  Load  in  4T - Stat ic   Random - Acc ess  Mem ory   Cell  Based  on  Sili co n  Nanowire   T ran si stor ,”   Journal  o f   Nanoscie n ce an d  Nanotechnolo gy,   vo l. 18, no. 2 ,   pp .   1199 - 1201 ,   2018.   [6]   V.  M.  Srivasta va ,   K.  S.  Yada v,   a nd  G.  Sing h,   “ D esign  and  per for m anc e  ana l y sis  of  c y li ndri ca l  su rrounding  double - gat e   MO SF ET   for  RF   sw it ch , ”  Mic roel ec troni c s J ournal,   vol. 4 2,   n o . 10,   pp.   112 4 - 1135,   2011 .   [7]   A.  H.  Ba y a ni,  D.  Dideba n ,   J.  Voves,  and  N.  Moez i,  “ Inve sti gat ion  of   sub - 10nm   c y l indri c al  surrou nding  ga te  ger m ani um   nanowir e  field  eff e c t  tra nsistor  with  diffe ren t  cro ss - sec t ion  areas , ”  S uperlat tices  and   Mic ros truct ures,   vol.   105 ,   no .   1 ,   p p.   110 - 116 ,   201 7.   [8]   V.  M.  Srivasta va,   “ Sm al l  signal   m odel   of  cy li n dric a l  surrounding  double - gate  MO S FET  and  it s  pa ramet ers ,”     Int.   Con f. on  Tr e nds i n  Au tomation,  Comm unic at ions a nd  Compu ti ng  Te chnol ogy ,   pp.   1 - 5,   2015.   [9]   S.  K.  Darga r  and  V.  M.  Srivasta va,   “ Anal y s is  of  short  cha nnel  eff ec ts  in  m ult i ple - ga te   (n,   0)  c arb on  nanot ube  FETs , ”  Journal of  Eng ine ering   S ci en ce and  Tech nology ,   vol .   14 ,   no.   6 ,   pp .   3282 - 3293,   2019 .   [10]   N.  Singh ,   et   al. ,   “ High - per form anc e  fully   d epl e ted  sili con  nanowi re  (dia m eter/ spl  le s/5  nm )  gat e - all - aro und  CMO S   devi c es , ”  IEEE Electron  De vi c e L et te rs ,   vo l. 27,  no.   5 ,   pp .   383 - 3 86,   2006 .   [11]   S.  K.  Darga r  and  V.  M.  Srivastava,   “ Perform anc e  ana l y sis  of  10  nm   FinF ET   with  sca le d  fin - dime nsion  and  oxide   thi ckn ess,”   In te r nati onal  Con fe re nce   on   Au tomation,  Computat ion al  a nd  Te chnol o gy  Manage m ent ,   2019.   [12]   A.  K.  Bansal,  et   al . ,   "3 - D L ER  an d  RDF   Matc hing  Perform anc e  of N anowir e  FETs  in  Inve rsion,   Ac cumulat i on ,   an d   Juncti onle ss   Mo des, "  IE EE Tr ansacti ons on Elec tron De vice s,   vo l.   65 ,   no .   3 ,   pp .   1 246 - 1252,   2018 .   [13]   M.  I.   Dewan ,   M.  T.   B .   Kashe m ,   and  S.  Subri na,   “ Charact eri s ti c  ana l y sis  of  t ripl e  m ateri al   tr i - gat e   junc t ionles s   tunne l   field  eff e ct   tra nsistor , ”  9 t h  Int. Conf.  on   E le c tric al   and  Co mputer  Engi n ee r ing  ( ICECE ) ,   pp .   333 - 336 ,   2016 .   [14]   A.  Seab augh, "T he  Tunn el ing   Tr ansistor, "  I EE E   Spec trum,   v ol.   5 0,   no .   10 ,   pp .   35 - 62,   2013 .   [15]   W .   Y.  Choi,   B.   G.  Park,   J.  D.  L ee ,   and  T.   J.  K.  Li u,   “ Tunneling  fie ld - eff e ct   tra ns istors  (TFET s)  with  Subthreshold  Sw ing  (SS )  le ss   tha n  60   m V/dec , ”  IE EE E l ec tron   Dev ice  Le tt ers,   v ol.   28 ,   no .   8 ,   pp .   743 - 745,   2007 .   [16]   Ahm ed  Mahm o od,   W ahe b  A  Ja bbar ,   Yasir  Hashim ,   Hadi  Bin  M ana p,   “ Eff e ct s  of  downs ca li ng  cha nnel   dimension s  on  el e ct ri cal  c har acte rist ic s  of   InAs - FinF ET   tra nsistor ,”   Int e rnational   Journ al  of  Elec tric a l  &   Co mputer   Engi ne ering  ( IJ ECE ) ,   vol .   9 ,   no .   4,   pp.   2902 - 290 9,   2019 .     [17]   Y  Hashim ,   “ Te m per at ure   eff ec t   on   ON /O FF  cur ren t  ratio  of  FinF ET   tra nsistor ,”   IEE E  R egi ona l  Symposium  on  Mic ro and  Nano el e ct ronics  ( RS M) ,   pp.   231 - 234 ,   2017.     [18]   Y.  Guan,   Z.   Li,   W .   Zha ng,   and   Y.   Zha ng,   “ An  ac cur at e  ana l y t ic a l   cur ren t  m odel   of  double - g at e  he te ro junc t i on  tunne li ng   FET , ”   IEE E   Tr ans.  on  El e ct ron De vi c e s,   vol. 64, no. 3,  pp.   938 - 944 ,   20 17   [19]   A.  C.   Seaba ugh   and  Q.  Zha ng,   "Low - Volta ge  T unnel   Tra nsi stor s  for  Bey ond  C MO S   Logi c, "  P roce edi ngs  of  th e  IEE E ,   vo l. 98, n o.   12 ,   pp .   2095 - 2110,   2010 .   [20]   B.   Jena ,   S.  Dash  and  G.  P.  Mi shra,   "Im prove d  Sw it chi ng  Speed  of  a  CMO S   Inve rte r  Us ing  W ork - Functi on  Mod ula ti on   Enginee ring , "  IE EE  Tr ans.  on  El e ct r on  Dev i ce s,   vol .   65,   no .   6 ,   pp .   24 22 - 2429,   2018 .   [21]   A.  Kum ar,   S.  Bhushan,   and  P.  K.  Ti wari ,   “ A  thre shold  volt ag e   m odel   of  sili co n - nanot ube - b ase d  ult rat h in  dou b le   gat e - all - aro und  ( DG AA )  MO S FETs  inc orpora ti ng   quant um   conf in ement  eff ec ts, ”  I EE E  Tr ans.  on  Nanote chnol og y,   vol.   16 ,   no .   5 ,   pp .   868 - 875 ,   2017 .   [22]   J.  Dura ,   e t  al.,  “ Anal y tical   m ode l  of  dra in  cur ren t  in  nanowir e  MO SF ET s  inc luding  quant um   con fine m ent ,   b and   str uct ure   eff ec ts  and  quasi - b al l ist ic   t ran sport:   dev ic e   to  ci r cui t   p er form anc es  an alys is,”   Int .   Con f.   o n  Simulat ion   o f   Semic onduc tor  Proce ss es  and  D ev i ce s ( ICSSPD),   pp .   43 - 46 ,   201 1 .   [23]   H.  R.   T .   Khave h ,   S.  Moham m adi ,   “ Potent ial  and drai n  cur r ent   m odel ing  of  g at e - all - aro und  tunn el   FETs  conside rin g   the   junctions  de ple ti on  r egi ons  a nd  the   cha nn el   m obil e  cha rg e  c arr ie rs, ”  IEEE  Tr ans.  on  El ec tro n  Dev ices,  vol.   6 3,   no.   12 ,   pp .   5021 - 5029,   2016 .   [24]   S.  Glass  et   al.,  "A   Novel  Gate - N orm al   Tunne l ing   Fiel d - Eff ec t   Tran sistor  W it h  Dual - Met al   Gat e , ”  IEE E  Journal  of   the   El e ct ron De v ic es  So ci e ty,   vo l. 6, pp. 1070 - 107 6,   2018 .     [25]   AC  Seaba ugh ,   Q  Zha ng. ,   “ Low - Volta ge   Tunnel   Tra nsistors  for  Be y ond   CMO S  Logi c ,”   Proceed ings  of  th e  IE EE,   vol.   98 ,   no .   12 ,   p p.   2095 - 2110 ,   2 010.     [26]   S.  Kang ,   e t  a l.,  “ Inte rlay e r  tunn el   fi el def fect  tr a nsistor  (IT FET):  Ph y sics,   f abr i cation  and  appl i cat ions,”   Journal   o f   Phy sics  D:   Appli ed  Ph ysic s,   vol .   50,   no .   38 ,   2017 .   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       Ele ct ric al char acteri za ti on  of  si n anowire  G AA - TF ET  base d on …  ( Fir as   Natheer  Ab dul - K adir )   787   [27]   M .   Khaoua ni ,   a nd  A .   G uen - Bouaz z a ,   “ Im pac t  of  m ult ipl e  channel s  on  the   ch ara c te rist ic s  of  rec t angul ar   GAA  MO S FET ,”   In ter nati onal  Journ al  of  Elec tric al  and  Computer  Engi nee ring  ( IJECE) ,   vol.   7,   no .   4,   pp.   1899 - 190 5 ,  2017 .    [28]   E.   O .   Kan e, “The or y   of   tunnelin g, ”  Journal  o f A ppli ed   Phy si cs,   v ol.   32 ,   no .   1 ,   pp .   83 - 91,   1961       BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS       Fi ras  N .   Ab dul - kad ir   re ce iv e d  the   B . Sc.   in  Medic a l   Instru m ent s   Engi ne ering   from   Mos ul   Te chn ic a l  Col lege  and   Master   o f  Engi n ee ring   in   El e ct ron ic s  and   Com m unic at ion s  Engi ne eri ng   from   the   Univer sit y   of  Mos ul,  Mos ul,   Ira q,   in   199 8   and  2013   respe ctively .   He   is  cur r ent l y   an  As sistant   Le c tur er  in  th e  Depa r t m ent   of  El e ct r ical  Eng ine er ing,   Coll ege   of  Enginee ring ,   Mos ul   Univer sit y ,   Mos ul ,   Ir aq.  His  re sea rch   int e rests   include  M i cro e le c troni cs  and  Nanoe lectr oni c,  MO S FET  nono - struct ure   and   c ar bon - nano  tub e  ( CNT) .   Ema il :   fir as_na dhee r@uo m osul. edu. iq         Yas ir   Hash im   (SM IEE E)  re cei ved  th e  B . Sc.   a nd  Master   of   E ngine er ing  in   E le c troni cs  and  Com m unic at ions  Engi nee ring  f rom   the   Univer sit y   of  Mos ul,   Mos ul,   Ira q,   in  1991  and  1995  respe ctively .   He   complet ed  th e  Ph.D.  in  El e ct r onic s  Engi ne ering - Micro  and  Nanoe lectr oni cs  from   Univer siti   Scie nc e  Malay si a  (US M),  Penang,   Malay si a,   in  2013.   He  is  cur r ent l y   a  Sen io r   Le c ture r  in  th e  Depa rtment  of   Com pute r  Engi n ee ring ,   Facu lty   of  Engi ne eri ng ,   Is hik  Univer sit y ,   Erbi l - Kurdist an,  Ira q.   His  rese arc h  in te r ests  inc lude   Mi cro elec tron ic s  and  Nanoe lectr oni c :   Nanowire   tr ansistors,   FinF ET t r a nsistor,  Mult istage  Log ic Nano - i nver te rs.         Mohamme d  Na z mus   S hak ib   recei ved   his  B. Sc.   d egr e e  in   Elec tron ic s  En gine er ing  from   Multi m edi a  Uni ver sit y ,   Ma lay si a,   th e  M.Sc .   d egr ee   from   Nati onal   Univ ersity  of  Malay si a,  Malay s ia   and  th e  Ph.D.  from   th e  Univer sit y   o f  Malay a ,   Mal a y s ia .   H e  is  cur r entl y   attac h ed  to     the   Facu lty   of  E le c tri c al   &  Elec t ronic s  Engi n ee r i ng  Te chno log y ,   Univer sit y   Mal a y sia   Pahang,   Malay s ia.  He  h a s  publi shed  m an y   int ern ational  c onfe ren c es  and   j ourna ls.  He   is  a l so  a  Reviewer  of  a  few  journa ls   such  as  IET ,   PI ER,   JEMW A,  IEE E  Acc ess,  El se vie r,   et c .   His  rese a rch   int er ests  m ai nl y   in cl ude   elec tron ic s,   se nsors ,   RF ,   m eas ure m ent   anten nas,   pa tc h   ante nnas,   we ara bl e  devi c es,   implantable de vi ce s,   wir el ess c om m unicati on   and   UW B  te chnol og y .         Far is  H a ss an  Al dab bag h  re ce ive d  th e  MS c  degr ee   in  E lectr onic   and  comm unic a ti on  from    the   Univer sit y   o f  Mos ul,   Mos ul,   Ira q,   in  1995  and  rec ei v ed  PhD   degr ee   in  2013  in  Solid  Stat e  El e ct roni cs  fro m   Univer sit y   of  Mos ul,   Mos ul,   Ira q .   Hi s  rese arc h   intere sts  in cl ude   Microe l ec tron ic s   and  N anoe l ec t r onic .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.