I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   7 ,   N o .   1 F e b r ua r y   201 7 ,   pp .   1 4 4 ~ 1 5 1   IS S N :   2088 - 8708 D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 7 i 1 . pp144 - 15 1             144       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s j o ur nal . c om / on l i n e / i nde x . php/ IJ E C E   Pe r f o r m a n c e   E v a l u a t i o n   o f   G a N   B a sed T h i n   F i l m   T r a n si st o r   u si n g   T C A D   S i m u l a t i o n       S h as h i   K an t   D ar gar K   S r i v as tav a S an to s h   B h ar t i ,   A b h N yati   D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r o ni c s   a nd   C o m m uni c a t i o n   E ng i ne e r i ng ,   S i r   P a da m pa t   S i ng ha n i a   U n i v e r s i t y ,   I ndi a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   J ul   8 ,   201 6   R e v i s e O c t   2 6 ,   2 01 6   A c c e pt e N o v   1 1 ,   201 7       A s   r e po r t e i pa s t   de c a d e s ,   g a l l i um   ni t r i d e   a s   o ne   o f   t he   m o s t   c a pa bl e   c om po und  s e m i c o nduc t o r ,   G a N - ba s e h i g h - e l e c t r o m o bi l i t y   t r a n s i s t o r s   a r e   t he   f o c us   o f   i nt e ns e   r e s e a r c a c t i v i t i e s   i t he   a r e a   o f   hi g po w e r ,   h i g h - s pe e d,   a nd  h i g h - t e m pe r a t ur e   t r a n s i s t o r s .   I t hi s   pa p e r   w e   pr e s e nt   a   d e s i g a n s i m u l a t i o o f   t he   G a N   ba s e t h i f i l m   t r a ns i s t o r   us i ng   s e n t a u r u s   T C A D   f o r   t he   e xt r a c t i ng   t he   e l e c t r i c a l   pe r f o r m a nc e .   T he   r e s u l t i ng   G a N   T F T s   e xh i b i t s   g oo e l e c t r i c a l   p e r f o r m a nc e   i t he   s i m ul a t e r e s u l t s ,   i nc l ud i ng ,   a   t hr e s ho l d   v o l t a g e   of   12 - 15  V ,   a o n/ of f   c ur r e nt   r a t i o   o f   6. 10 ~   8. 10 8 ,   a nd  a   s ub - t hr e s ho l d   s l o pe   o f   0. 44V / de c .   S e n t a u r u s   T C A D   s i m u l a t i o ns   i s   t h e   t o o l   w hi c h   o f f e r s   s t udy   of   c o m pr e he ns i v e   be h a v i o r   o f   s e m i c o nduc t o r   s t r uc t ur e s   w i t h   e a s e .   T h e   s i m ul a t i o r e s u l t s   o f   t he   T F T   s t r uc t ur e   b a s e o g a l l i u m   ni t r i d e   a c t i v e   c ha nne l   ha v e   g r e a t   pr o s p e c t i v e   i t he   ne xt - g e ne r a t i o f l a t - pa n e l   di s p l a y   a pp l i c a t i o ns .   Ke y w or d:   G a N   M ob i l i t y     On - off  r a t i o   T CA D   T h i f i l m   t ra n s i s t o r   C opy r i gh t   ©   201 7   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e   A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   S ha s hi   K a n t   D a r ga r   D e pa rt m e n t   o f   E l e c t r o n i c s   a n Co m m u ni c a t i o E n g i n e e ri n g ,   S i P a d a m pa t   S i n g ha n i a   U ni v e r s i t y ,   FR - 4,   F l a t   N o .   66  S i r   P a da m p a t   S i n g ha ni a   U n i v e r s i t y ,   B h a t e w a r ,   U da i pu r,   I n di a .   E m a i l :   s ha s h i . k a n t @ s ps u. a c . i n       1.   I N TR O D U C TI O N   A   T F T   i s   a   s pe c i a l   ki n o F i e l e ffe c t   t r a n s i s t o r   w h i c h   i s   m a de   by   de p o s i t i ng  t h i n   f i l m s   o f   a   s e m i c o n duc t o r   a c t i v e   l a y e r   a s   w e l l   a s   di e l e c t r i c   l a y e r   a n d   m e t a l l i c   c o nt a c t s   o v e r   a   s uppo rt i n g   s ub s t ra t e .   A   c o m m o n   s ub s t r a t e   i s   g l a s s ,   s i n c e   t h e   p r i m a r y   a ppl i c a t i o n   o T F T s   i s   i n   l i qui d   c r y s t a l   di s p l a y s   (L CD ).   T h i s   di f fe r s   f r o m   t h e   c o n v e n t i o n a l   t ra n s i s t o r   w h e r e   s ub s t ra t e   i s   s e m i c o n duc t o r   m a t e r i a l   i t s e l f ,   s uc h   a s   a   S i   w a f e r .   T h e   b a s i c   o pe r a t i o o f   a   T F T   i s   i l l us t ra t e i F i gu r e   1.                               F i gu r e   1 .   I l l us t r a t i o o f   T F T   B a s i c   O pe ra t i o n   C h an n e l   La ye r   I n s u l ati n G ate   D r ai n   C o n ta c t   S o u r c e   C o n ta c t   G a t e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ E CE     IS S N :   2088 - 8708       P e r f or m anc e   E v a l ua t i on   of   G aN   B as e d   T hi n   F i l m   T r ans i s t or   U s i ng   T CA D   Si m u l at i on   ( Shas hi   Kant   D ar gar )   145   H y dr o ge n a t e a m o r p h o us   s i l i c o n   (a - S i : H i s   s t i l l   m o s t   po pul a r   t e c hn o l o g y   i n   T h i F i l m   T r a n s i s t o r s   (T F T s f o r   l a r ge   a r e a   e l e c t r o ni c s   s uc h   a s   X - ra y   i m a ge r s ,   a n d   i t   i s   a l s o   h e a v i l y   ut i l i z e i p h o t o vo l t a i c   a ppl i c a t i o n s .   a - S i : H   T F T s   ha v e   l o w   off   c urr e nt   a n s uf f i c i e nt   o n/ o ff   c ur r e nt   ra t i o   f o r   c u rr e nt   l a r ge   a r e a   a ppl i c a t i o n s ;   h o w e v e r ,   t h e i r   f i e l e f fe c t   m ob i l i t y   a n s t a b i l i t y   of   t hr e s h o l v o l t a g e .   T h e   l o w   m ob i l i t y   l i m i t s   n o t   o nl y   pi xe l   s i z e   b ut   a l s o   p r o hi b i t s   c o m pl e m e nt a r y   c i r c ui t   i m p l e m e nt a t i o n   us i ng  a - S i : H .   S i n c e   t h e   h o l e   m o b i l i t y   i n   a - S i : H   i s   s e v e r a l   o r de r s   l o w e r   t h a n   e l e c t r o n   m ob i l i t y ,   p - t y pe   t r a n s i s t o r   i m pl e m e n t a t i o n   i s   n o t   pra c t i c a l   w h i c h   m a k e s   de s i gni n us a b l e   c o m pl e m e n t a r y   c i r c ui t   i m po s s i b l e   [1].   O n   t h e   o t h e r   ha n d ,   t h e   d r i f t i ng  t hr e s h o l v o l t a ge   m e a n s   t ha t   a - S i : H   T F T s   c a nn o t   b e   i m p l e m e nt e i n   c o l um n   m ul t i p l e xo r   a n r o w   s h i f t   r e gi s t e r   c i r c ui t s   [2] .   P o l y c r y s t a l l i n e   s i l i c o n   (P o l y - S i h a b e e n   p r o po s e t o   r e s o l v e   t h e s e   pr o b l e m s   a n r e pl a c e   a - S i : H .   H ow e ve r ,   P o l y - S i   t e c hn o l o g y   h a s   d ra w b a c ks   o n   p r o duc t i o s i de   s i n c e   i t   r e qui r e s   a   l a r ge   a nd  e xpe n s i v e   l a s e a nn e a l i n g   s y s t e m .     O v e r   t h e   p a s t   s e v e r a l   y e a r s ,   t h e   i nh e r e n t   s c a l i n l i m i t a t i o n s   o f   e l e c t r o n   de v i c e s   h a v e   f u e l e t h e   e xpl o r a t i o o f   h i g c a rri e m o b i l i t y   s e m i c o n duc t o r s   a s   a   S i   r e pl a c e m e nt   t o   f ur t h e r   e nha n c e   t h e   de v i c e   pe r f o r m a n c e .   I pa rt i c u l a r,   c o m po un s e m i c o n duc t o r s   h e t e ro ge n e o us l y   i n t e g ra t e o S i   s ub s t ra t e s   ha v e   be e n   a c t i v e l y   s t udi e d,   c o m b i n i n t h e   h i g h   m o b i l i t y   of  c o m po un s e m i c o n duc t o r s   a n t h e   w e l l - e s t a b l i s h e d,   l o w   c os t   p r o c e s s i n o f   S i   t e c hn o l o g y   [3].   It   c a n   b e   c o m pr e h e n de t ha t   t h e r e   a r e   t hr e e   r e gi o n s   o f   o pe r a t i o n.   F o r   s m a l l   g a t e   v o l t a ge s ,   t h e   F e rm i   l e v e l   l i e s   i n   t h e   de e s t a t e s   a n i t   c a n   b e   a s s um e t ha t   t h e   e ne r gy   b a n ds   a r e   c l o s e   t f l a t   b a n c o n di t i o n.   W i t a n   i n c r e a s e   i n   t h e   po s i t i v e   ga t e   b i a s ,   c a us e s   b e n di n n e a r   t o   t h e   ga t e   di e l e c t r i c   i nt e r f a c e   a n t h i s   i n c r e a s e s   f e r m i   l e v e l   t hr o ugh  t h e   de e s t a t e s   a n d   t o w a r ds   t h e   b a n d   t a i l   s t a t e s   [4] .   In  t hi s   s t a t e ,   m o s t   o f   i nduc e e l e c t r o n s   a r e   t r a p pe i de e de f e c t   s t a t e s ,   a   s m a l l   b ut   n e gl i gi b l e   a m o u n t   o f   e l e c t r o n s   m a y   o c c up y   t a i l   s t a t e s   y i e l a   s m a l l   a m o unt   o f   dr a i c u rr e nt .   T hi s   o pe r a t i o n   r e gi o i s   c a l l e t h e   s ub   t hr e s h o l d   r e gi o s h o w n   i n   F i gu r e   1 .   T h e   s ub t hr e s h o l d   r e gi o c o n t i nue s   u n t i l   t h e   de e s t a t e s   a r e   f i l l e up  w i t h   e l e c t r o n s   a n t h e   c o n c e n t r a t i o n   o f   e l e c t r o n s   i n   t a i l   s t a t e s   e xc e e ds   t h a t   o f   t r a ppe e l e c t r o n s   i de e s t a t e s .   A s   t h e   g a t e   b i a s   c o n t i nue s   t o   i n c r e a s e ,   i t   f i na l l y   e xc e e ds   a   t hr e s h o l v o l t a ge   (V th )   w h i c i m pl i e s   t h e   F e r m i   l e v e l   n o w   l i e s   i n   t h e   t a i l   s t a t e s   [5 - 6].   F o r   ga t e s o ur c e   b i a s   (V gs )   h i g h e r   t ha n   V th ,   t h e   T F T   i s   o pe r a t i ng  i n   t h e   a b ov e   t hr e s h o l d   r e gi m e ,   i . e .   O N   s t a t e .     W i t h   t h e   c o n t i n uo us   de m a nd  i n   r e duc t i o n   o f   ph y s i c a l   ga t e   l e n g t h s   o f   t h e   e l e c t r o n i c   de v i c e s   s uc h   a s   T F T s   n e w   de v i c e   a r c hi t e c t u r e s   w i l l   b e   r e qui r e t o   r e a c h   t h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   f ut ur e   t e c hn o l o g y     ge n e ra t i o [7] .   I a ddi t i o n,   c o nt r o l   o f   ga t e   l e a k a ge   c u rr e n t   r e qui r e s   t h e   i nt r o duc t i o o f   ga t e   i n s u l a t o r s   w i t h   hi g h   d i e l e c t ri c   c o n s t a n t s ,   a nd  t h e   n e e fo r   i n c r e a s e c a rri e r   m o b i l i t y   pus h e s   t h e   us e   o f   un c o n v e n t i o n a l   c h a nn e l   m a t e ri a l s   a nd  p r o c e s s i n t o   i n duc e   a pp r o pri a t e   s t re s s e s .   T h e   a v a i l a b i l i t y   o f   a dv a n c e m o de l s   a n d   s i m ul a t i o t o o l s   ha s   s i g n i f i c a n t   i m po r t a n c e   t o   a c h i e v e   t h e s e   go a l s   due   t o   f o l l ow i n r e a s o n s :     1)    E a rl y   e v a l ua t i o n s   o f   t h e   m o s t   p r o m i s i n g   de v i c e   a r c hi t e c t u r e s   a n m a t e ri a l s   i t e rm s   o f   pe r fo r m a n c e   a n po t e n t i a l   f o r   c o n t i n ue s c a l i n g .   2)    A s s e s s m e n t s   o f   pr o c e s s i n a nd  de s i g n   s t ra t e g i e s .   3)    R e duc t i o n s   of   c y c l e   t i m e   a n o f   R & D   c o s t s .   M e a s ur e m e nt s   a n t e s t s   a t   t h e   na n o s c a l e   t e n d   t o   b e   m uc h   m o r e   e xpe n s i v e   t h a a t   t h e   m i c r o s c a l e   a n d   m a c r o s c a l e   [8] .   T h e   m a i a i m   o f   t h i s   pa pe r   i s   t o   s i m ul a t e   t h e   t hi n f i l m   t ra n s i s t o r   us i n G a N   a s   a a c t i v e   c h a nn e l   l a y e r .   T hi s   i n v o l v e s   t h e   ge n e ra t i o n   o f   t h e   t hi n   f i l m   b a s e T F T   s t ruc t u r e s   us i n S e n t a u r us   T CA D   s o f t w a r e .   S i m ul a t i o n s   o f   t h e   s a m e   t o   ob t a i n   t h e   e l e c t r i c a l   c h a ra c t e r i s t i c s   a n h e n c e   t h e   e xt r a c t i o n   o f   e l e c t r i c a l   pa r a m e t e r s   l i ke   t hr e s h o l v o l t a ge ,   m o b i l i t y   a n O N / O F F   ra t i o   w i l l   e na b l e   i n   de t e rm i ni n t h e   f un c t i o ni n g   c h a ra c t e ri s t i c s   o f   t h e   de v i c e .       2.   ELEC TR I C A P R O P ER TI ES   A N D   C H A R A C TER I S TI C S   O F   TF T   T h e   u n i que n e s s   o f   t h e   t h i f i l m   t r a n s i s t o t e c hn o l o g y   l i e s   i t h e   c o m po s i n g   m a t e r i a l s   a n d   s t r uc t u r e   w i t h   f e w   pa r a m e t e r s   o n   t h e   s ub s t r a t e   m a t e ri a l   a nd  s i z e .   V th   m e a s u r e i n   V o l t s ,   Io n/ o ff ,   f i e l e ff e c t   m o b i l i t y   i n   cm 2 / V s   a n s ub t hr e s h o l v o l t a ge   i n   V / de c a de   a r e   t h e   pa ra m e t e r s   w h i c h   c o n c l ude   t h e   e l e c t r i c a l   pe r f o r m a n c e   of   t h e   de v i c e .       2. 1 .   Th r e s h o l d   Vo l tage     V th   i s   t h e   ga t e   vo l t a ge   n e c e s s a r y   t o   t urn   o n   t h e   t ra n s i s t o r .   It   s h o ul b e   l ow   s t ha t   i t   t a ke s   l ow   vo l t a ge   t o   t u rn  T F T   o n   o o ff .   It   i s   m e a s u r e i t h e   s a t u ra t i o r e gi o n   i . e .   V D ≥  V G   VT .   Ids   us i n g   s qu a r e   l a w   m o de l   o f   T F T   c a b e   gi v e n   b y   [9]:                                 (     ) (              )                         (1)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   IJ E CE    V o l .   7 ,   N o .   1 F e b r ua r y   201 7   :     1 4 4     1 5 1   146   w h e r e   W ,   L ,   C a n d   μ  a r e   t h e   T F T   c h a nn e l   w i dt h,   l e ngt h ,   ga t e   c a pa c i t a n c e   a nd  f i e l d - e f fe c t   m o b i l i t y   r e s pe c t i v e l y .   T o   m e a s u r e   V th   a f t e s qua r e   r o o t   t h e   e qua t i o (1 w e   ge t             {           (     ) }                                    (2)     N ow   by   pl o t t i n ID v s .   V G a nd  by   e xt r a po l a t i n do w n   t o   t h e   x - a x i s   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   2,   t h e   t hr e s h o l d   v o l t a ge   c a n   b e   de t e rm i n e d .           F i gu r e   2 .   L i n e a f i t   o s qua r e   r o o t   o f   t ra n s f e r   c h a ra c t e r i s t i c s   of   a   t y pi c a l   T F T ,   a do pt e f r o m   [5]       2. 2 .   O n / O ff  C u r r e n R at i o     D ra i n   c u rr e n t   o n/ o ff   r a t i o   i s   a n o t h e r   m e a s u r e   o f   t h e   s w i t c h i n b e h a v i o r   of   t h e   T F T .     It   i s   s i m pl y   t h e   ra t i o   b e t w e e n   h i g h e s t   m e a s u r e c urr e nt   (t h e   o n - s t a t e   c u rr e nt ,   Ion t o   t h e   l o w e s t   m e a s ur e c urr e n t   (t h e   o ff - s t a t e   c u rr e n t ,   Iof f a s   s h o w n   i F i gu r e .   Iof f   i s   a l s o   a   m e a s u r e   of   t h e   ga t e   l e a k a ge   p r e s e nt   i t h e   de v i c e .       2. 3 .   M o b i l ty   T h e   m o b i l i t y   c h a r a c t e r i z e s   h o w   qui c kl y   a n   e l e c t r o n   c a n   m ov e   t hr o ugh   a   m e t a l   o r   s e m i c o n duc t o r w h e n   pu l l e by   a n   e l e c t ri c   f i e l d .     M o b i l i t y ,   μ ,   i s   de f i n e a s   a   l i n e a r   p r o po r t i o na l i t y   c o n s t a n t   r e l a t i n t h e   c a rri e r   d r i f t   v e l oc i t y ,   v d ,   t o   t h e   a ppl i e e l e c t r i c   f i e l E .     E f f e c t i v e   m o b i l i t y ,   μ E FF ,   a nd  f i e l d - e ff e c t   m o b i l i t y ,   μ FE ,   a r e   t h e   t w o   c o m m o n l y   us e d e f i n i t i o n s   f o r   t h e   a s s e s s m e nt   o t h e   m o b i l i t y   of  c a rr i e r s   i n   a   f i e l e ffe c t   t r a n s i s t o r.   E f fe c t i ve   m o b i l i t y ,   μ E FF ,   i s   e xt r a c t e f r o m   t h e   d r a i c o n duc t a n c e ,   g D ,   w hi c i s   dI d / dV ds   m e a s u r e i n   t h e   l i n e a r   r e gi m e   o f   o pe r a t i o n.   A s   F i e l e f f e c t   m o b i l i t y ,   μ E FF ,   i s   e xt r a c t e f r o m   t h e   t r a n s c o n d uc t a n c e ,   g m ,   w h i c h   i s   dI d / dV ds   g m   c a n   b e   kn ow n   by   t r a n s f e r   c h a ra c t e ri s t i c s .   M e a n s   V GS   I c ur v e .   μ FE   e m pl oy e a s   e s t i m a t o r s   o f   T F T   c ha nn e l   m o b i l i t y .     2. 4 .   Sub  Th r e s h o l d   A n o t h e r   i m po rt a nt   pa ra m e t e r   i s   s ub t hr e s h o l s l o pe ,   w h i c h   c ha r a c t e r i z e s   t h e   e ffe c t i ve n e s s   of   t h e   G a t e   vo l t a ge   i r e duc i n g   d ra i c u rr e n t   t o   z e r o .   T h e   s ub t hr e s h o l s l o pe   c a b e   gi v e n   b y   e qua t i o n   ( 3)                                  (3)     T o   a c hi e v e   h i g h   o n/ o ff   c ur r e nt   r a t i o s ,   s ub t hr e s h o l s l o pe s   s h o ul b e   l ow   s o   t h a t   t h e   s a m e   di f f e r e n c e   i n   V GS   c a n   de c r e a s e   t h e   dra i n   c u rr e n t   b y   m o r e   de c a de s .   D e p e n di ng  o n   t h e   ga t e - s o ur c e   vo l t a ge   V GS ,   di f fe r e n t   r e gi o n s   o f   o pe r a t i o n   c a b e   i de nt i f i e d:   a b o ve - t hr e s h o l d ,   s ub t hr e s h o l d,   a nd  P o o l e - F r e n ke l   e m i s s i o n .   In   t h e   s ub t hr e s h o l r e gi o n   o f   o p e r a t i o n,   t h e   T F T   s w i t c h e s   f r o m   off   t o   o n   a n t h e   c urr e nt   c ha n ge s   e xpo n e n t i a l l y   f r o m   a   l o w   off   c urr e nt ,   w h i c i s   i pA ,   t o   a   hi g o c urr e nt ,   w h i c i s   i µ A .     Fo r w a r s ub t hr e s h o l r e gi o n i s   V t > V G >   0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ E CE     IS S N :   2088 - 8708       P e r f or m anc e   E v a l ua t i on   of   G aN   B as e d   T hi n   F i l m   T r ans i s t or   U s i ng   T CA D   Si m u l at i on   ( Shas hi   Kant   D ar gar )   147   T h e   d ra i c u rr e nt   e qu a t i o (4)   i t h e   f o r w a rd  s ub t hr e s h o l d   r e gi o i s   g i v e n   b y   [11]:                                                     ( 4)     w h e r e   I s u b 0   i s   t h e   m a g ni t u de   of   c ur r e nt   i n   t h e   s ub t hr e s h o l re gi o n ,   a n S f   i s   t h e   fo r w a r s ub t hr e s h o l r e gi o n T h e   d ra i c u rr e nt   e qu a t i o (5)   i t h e   r e v e r s e   s ub t hr e s h o l r e gi o i s   de f i n e by   fo l l ow i n e qu a t i o [11]                                                      |      |     (5)     w h e r e   S r   i s   t h e   r e v e r s e   s u b t hr e s h o l s l o pe   a n   γ n   i s   a   u ni t l e s s   pa ra m e t e r   a c c o un t i ng  f o r   t w di m e n s i o n a l   e ffe c t s .       3.   D ES I G N I N G   O F   S TR U C TU R E   S e m i c o n duc t o r   m a n uf a c t u r e r s   f a c e   t h e   c h a l l e n ge   o f   de v e l opi n p r o c e s s   t e c h n o l o gi e s   w i t hi n   s t ri c t   t i m e   a n d   c o s t   c o n s t r a i n t s .   T CA D   r e duc e s   t h e   num b e o f   e n gi n e e ri n g   w a f e r s ,   s a v i n g   t i m e   a n d   m o n e y .       3. 1 .   G e n e r at i o n   o TF St r u c tu r e   u s i n S e n tau r u s   TC A D   U s i n t h e   S e n t a u r us   S t r uc t u r e   E d i t o t h e   2D   s t r uc t u r e   o f   t h e   T F T   i s   d ra w n.   G ra p h i c a l   U s e r   i nt e r f a c e   of   S t r uc t u r e   e di t o r   o pe n s   a   w i n do w   a f t e r   pr e s s i n c o m m a n l i n e .   T h i s   w i n do w   h a s   i t s   t hr e e   pa rt . T h e   m e n b a r ,   t o o l b a r s ,   a n d   l i s t s   a r e   i t h e   u ppe p a r t   o f   t h e   m a i w i n do w ;   t h e   v i e w   w i n do w   i s   i n   t h e   c e n t e r ;   a nd  t h e   c o m m a n d - l i n e   w i n do w   i s   i n   t h e   l o w e r   pa rt   o t h e   m a i n   w i n do w .   C o n t a c t s   c a n   b e   de f i n e t o   a l l o w   t h e   c o n s t r uc t e de v i c e   t o   be   c o n n e c t e t o   o ut s i de   pow e r   s o ur c e s .   T h e   c o n t a c t s   na m e ,   s e t s ,   pr o pe rt i e s ,   e dge   c o l o r ,   t h i c k n e s s   a r e   de f i n e f o r   t h e   s pe c i f i c   s t r uc t u r e .   F i gu r e   s how s   t h e   s t r uc t u r e   o f   T F T   w i t h   w i t h   G a N   a s   a a c t i v e   c h a nn e l   l a y e r   w h i c h   i s   de s i g n e d   w i t h   a   1 00/ 50   µ m   a s   a   W / L .           F i gu r e   3 .   S t ruc t u r e   us e f o r   T w o   D i m e n s i o n a l   S i m u l a t i o o f   G a N   Ch a nn e l   T F T   us i n g   Se n t a u r us   T CA D       3. 2 .   D e fi n i n g   d o p i n o th e   TF St r u c tu r e   u s i n S e n tau r u s   T C A D   A   c o n s t a nt   bo r o n   b a c kgr o u n do pi ng  of   x   10 15   cm - 3   i t h e   s i l i c o n   m a t e r i a l   i s   i n t r o duc e b y   a pp r o pri a t e   s e l e c t i o n   i n   t h e   c o n s t a nt   p r o f i l e   pl a c e m e n t   d i a l o bo w i t h   p l a c e m e nt   n a m e ,   m a t e r i a l ,   s pe c i e s ,   a n c o n c e n t ra t i o n   f i e l d.   T h e   do pi ng  p r o f i l e   i s   c h o s e n   w i t a n c o n c e n t ra t i o n   o f   1e + 15a n a r s e n i c   a c t i v e   c o n c e n t r a t i o n   a r e   do pa n t s   a r e   i n c l ude by   t h e   a ddi t i o n   o f   c o n s t a n t   do pi n p r o f i l e   i n t o   t h e   s i l i c o n   fo r   ob t a i n i ng  t h e   i n c r e a s e m o b i l i t y   i t h e   d i e l e c t ri c   s e m i c o n duc t o r   i n t e r f a c e .       3. 3 .   D e fi n i n g   m e s h i n S t r at e gy  o th e   St r u c tu r e   an d   G e n e r at i o n   o M e s h   A f t e r   t h e   de v i c e   i s   s t r uc t u r e d ,   c o n t a c t s   a r e   s e t   a n do pi n g   p rof i l e   ha s   b e e n   s e l e c t e d.   T h e   n e xt   s t e i s   c a l l e m e s h i ng.   S e nt a u rus   M e s i s   a   m o dul a 2D   a n d   3D   m e s ge n e r a t o t ha t   c a n   c r e a t e   b o t a x i s - a l i g n e d   a n t e n s o r   m e s h e s   t o   b e   us e i n   s i m u l a t o r s   t h a t   us e   t h e   b ox  d i s c r e t i z a t i o o r   f i ni t e - di f f e r e n c e   t i m e - do m a i (F D T D m e t h o ds   f o r   s pa t i a l   de v i c e   di s c r e t i z a t i o n .   S e nt a u rus   M e s h   p r o duc e s   t r i a n gl e s   i t h e   c a s e   o f   2D   de v i c e s   a n d   t e t r a h e d ra   i n   t h e   c a s e   of   3D   de v i c e s .   G e n e ra t e d   g r i ds   c a b e   l o a de i n t o   S e n t a u r us   D e v i c e   a nd  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   IJ E CE    V o l .   7 ,   N o .   1 F e b r ua r y   201 7   :     1 4 4     1 5 1   148   S e n t a u r us   P r o c e s s .   D e pe n di n o n   t h e   m e s h   ge n e ra t o r   us e d,   S e n t a u r us   M e s h   p r o duc e s   di ffe r e nt   o ut put   fo r m a t s .   T h e   a xi s - a l i g n e m e s h   ge n e ra t o r   a l w a y s   pr o duc e s   a   T D R   un s t r uc t u r e m e s h.   I S e n t a u r us   S t r uc t u r e   E di t o r ,   t h e   m e s h   ge n e ra t i o p r o c e s s   i s   pe r f o r m e i t w o   s t e ps .   T h e   f i r s t   s t e de f i n e s   t h e   m e s h i n g   s t ra t e gy ,   w h i c h   i n c l ude s   t h e   m a x i m u m   a nd  m i n i m u m   m e s h i n s t e de f i n i t i o n   i n   e a c h   de v i c e   di m e n s i o n s   a s   w e l l   a s   t h e   m e s h   r e f i n e m e n t   s t r a t e gi e s .   T h e   s e c o n s t e l i n ks   t h e   de f i n e s t ra t e gy   f r o m   t h e   f i r s t   s t e t o   a   s p e c i f i c   t a r ge t ,   w h i c i s ,   i ge n e ra l ,   a   m a t e ri a l ,   o r   a   de v i c e   r e gi o n,   o r   a   us e r - de f i n e e v a l ua t i o w i n do w .   N o t e   t ha t   di f f e r e n t   de v i c e   r e gi o n s   h a v e   di ff e r e n t   r o l e s   i n   t e rm s   o f   d e t e r m i n i ng  t h e   de v i c e   pe r fo r m a n c e ,   t h e r e by   t h e   r e qui r e d   m e s h i ng  s t ra t e g i e s   fo r   t h e s e   r e gi o n s   a r e   t y pi c a l l y   di ff e r e n t .   F i gu r e   a n f i gu r e   5   s h o w s   t h e   m e s hi n g   s t r a t e g y   a do pt e f o r   t h e   m i n - m a x   e l e m e nt   s i z e   a n d   b ui l d   m e s h   i s   s uc c e s s f ul l y   ge n e ra t e d   a s   s h o w n   i t h e   F i gu r e   6 .           F i gu r e   4 .   S t ruc t u r e   us e f o r   t w o   di m e n s i o n a l   s i m u l a t i o o f   bo t t o m   ga t e   G a N   c ha nn e l   T F T   us i ng  s e n t a u r us   T CA D           F i gu r e   5 .   D e f i ni n g   M e s hi n S t r a t e gy   a n d   do pi n p r o f i l e   G a N   c ha nn e l   T F T           F i gu r e   6 .   D e f i ni n g   do pi n g   p r o f i l e   b ui l m e s o f   t h e   s t ruc t u r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ E CE     IS S N :   2088 - 8708       P e r f or m anc e   E v a l ua t i on   of   G aN   B as e d   T hi n   F i l m   T r ans i s t or   U s i ng   T CA D   Si m u l at i on   ( Shas hi   Kant   D ar gar )   149   4.   R ES U LT  A N D   DISCUSSIO N   O n   i n c r e a s i ng  ga t e   b i a s   t h e   c a rri e r s   i nduc e i n   t h e   i n v e r s i o n   ge t   t ra ppe i n   t h e   de f e c t   s a t e s   a n po t e n t i a l   b a rri e i n c r e a s e s   i n   h e i g ht   a n t h e   t r a ps   b e c o m e   f ul l   a n t h e   a d di t i o na l   c a rri e r s   t h e n   r e duc e s   t h e   de pl e t i o n   w i dt h .   T h e r e f o r e ,   a   t hr e s h o l v o l t a ge   i s   r e qui r e t o   o ve r c o m e   t h e   po t e n t i a l   b a rri e r   c r e a t e due   t de fe c t   s t a t e s   a n t o   dri v e   t h e   t h i n   f i l m   t ra n s i s t o r   i n   O N   s t a t e .   F i gu r e   r e p r e s e nt s   t h e   t r a n s f e r   c u r v e s   of   t h e   s i m ul a t e s t ruc t u r e .   S t a n da rd  F E T   t h e o r y   h a s   b e e n   us e t o   e xt r a c t   t h e   c h a nn e l   t hr e s h o l v o l t a ge .   T h e   a c hi e v e c urr e n t   O N / O F F   r a t i o   i s   qui t e   go o be c a us e   of   pr e s e n c e   of   l ow   de fe c t s   a s   c o m pa r e t o   t h e   a s i :   H .   T h e s e   v a l ue s   a r e   qui t e   c o m pa ra b l e   t o   a s i :   H ,   a C:   H   v a l ue s   [12],   [ 13] .   T h e   d r a i n   c urr e nt   i s   c l e a r l y   m o dul a t e by   t h e   a pp l i e ga t e   b i a s .   F o r   t h e   e xt r a c t i o of   e l e c t r i c a l   p a r a e t r s   d ra i n   v l o a t a ge   c urr e nt   c h a r c a t e ri c s   a r e   o b a t i n e d   de pi c t e i F i gu r e   8 .             F i gu r e   7 .   S i m u l a t e t ra n s f e r   c h a ra c t e r i s t i c s   f o r   di f f e r e n t   v a l u e s   of   dra i t o   s o ur c e   b i a s           F i gu r e   8 .   S i m u l a t e d ra i c ha ra c t e ri s t i c s   f o r   d i f fe r e n t   v a l ue s   of   ga t e   t o   s o ur c e   b i a s       5.   C O N C LU S I O N     D e s i gn   a nd  s i m ul a t i o n   o f   t h e   G a N   b a s e t h i n   f i l m   t r a n s i s t o us i ng  s e n t a u r us   T CA D   i s   p r e s e n t e i t h i s   p a pe r .   T h i s   l e a t o   e xt ra c t   a n e v a l ua t e   t h e   e l e c t ri c a l   p e r f o r m a n c e   o f   t h i f i l m   t r a n s i s t o r.   T h e   r e s ul t i ng  G a N   T F T s   e xhi b i t s   go o e l e c t r i c a l   pe r f o r m a n c e   i n   t h e   s i m ul a t e r e s ul t s ,   i n c l ud i n g ,   a   t hr e s h o l v o l t a ge   o   12 - 15  V ,   a o n / o f f   c urr e n t   ra t i o   of   6. 10 ~   8 . 1 0 8 ,   a nd   a   s ub - t hr e s h o l s l o pe   o f   0. 44V / de c .   A l l   t h e s e   v a l ue s   h a v e   t b e   c o r r o b o r a t e w i t h   e xpe r i m e n t a l   v a l ue s ,   w h i c h   i s   a   pa rt   of   f ut ur e   w o r k.   S e n t a u r us   T CA D   s i m ul a t i o n s   i s   t h e   t oo l   w h i c h   of fe r s   s t ud y   of  c o m pr e h e n s i v e   be h a v i o r   o s e m i c o n duc t o r   s t r uc t u r e s   w i t h   e a s e .   T h e   s i m u l a t i o n   r e s ul t s   o f   t h e   T F T   s t r uc t u r e   b a s e o n   g a l l i u m   n i t r i de   a c t i v e   c h a nn e l   ha v e   gr e a t   p r o s pe c t i ve   i t h e   n e xt - ge n e ra t i o n   f l a t - p a n e l   d i s pl a y   a ppl i c a t i o n s .   W i t f urt h e r   e xpe r i m e nt a t i o m a y   be   c a rr i e f o r   t h e   b e t t e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   IJ E CE    V o l .   7 ,   N o .   1 F e b r ua r y   201 7   :     1 4 4     1 5 1   150   a pp r o xi m a t i o n   t o   e s t i m a t e   e l e c t ri c a l   c h a ra c t e r i s t i c s   o f   t h e   s e m i c o n duc t o r   de v i c e   by   us e   of   s i m ul a t i o n   o s i m i l a T F T s   b y   i n c o r po r a t i ng  d i f f e r e n t   s t r uc t u r e ,   do pi n g   p r o f i l e ,   a nd  v a r i a t i o o f   m a t e r i a l s   i r e gi o n s .         T a b l e   2 . T hr e s h o l V o l t a ge ,   O N / O F F   R a t i o ,   S a t u r a t i o n   M o b i l i t y   a n d   S ub T hr e s h o l S l o pe   V a l ue s   u n de r   di f fe r e nt   D O S   Va l ue s   P a ra m e t e r   D e n s i t y   o f   S t a t e s   (1 x 1 0 15 i n   c m - 3   eV - 1   D e n s i t y   o f   S t a t e s   (1 x 1 0 18 i n   c m - 3   eV - 1   T h re s h o l d   V o l t a g e   ( V )   ~   1 5   ~   1 2   O N   c u rr e n t   1 . 4   ×   1 0 7   2 . 5 × 1 0 8   O ff  c u rr e n t   0 . 2 1 4 2 7   0 . 3 1 2 2 4   O N / O F F   ra t i o   6 . 5 × 1 0 7   8 . 3 × 1 0 8   S a t u ra t i o n   M o b i l i t y   3 . 3 6 × 1 0 - 6   6 . 9 7 × 1 0 - 3   S u b - t h r e s h o l d   s l o p e ( V / d e c a d e )   0 . 4 4   0 . 3 6       A C K N O WL ED G E M EN TS     W e   pa y   o ur   s pe c i a l   t h a nks   fo r   a pp r e c i a t i v e   o r i gi na l   w o r of   a l l   t h e   a ut h o r s   o v a r i o us   t e c h ni c a l   pa pe r s   w hi c h   w e   h a v e   r e f e r r e i n   i n i t i a t i o n   o f   t h e   w o r w i t h o ut   w h i c h   i t   w a s   v e r y   di ff i c ul t   t o   a c h i e v e   s uc c e s s f ul   c o m pl e t i o n.   W e   a l s o   w i s h   t o   put   o n   r e c o r t h e   w o r o a ppr e c i a t i o n   f o r   t h e   de v e l o p e r s   of   t oo l ,   t e c hn i q ue s   a n d   t h e i e a s y   a c c e s s   t o   t h e   l e a rn e a nd  r e s e a r c h e rs .       R EF ER EN C ES   [ 1]   Y .   K uo ,   T h i F i l m   T r a n s i s t o r   T e c hno l o gy - P a s t ,   P r e s e n t ,   a nd  F ut u r e , ”  T he   E l e c t r o c he m i c a l   So c i e t y   I n t e r f a c e ,   s pr i ng ,   2013 .   [ 2]   I .   D .   F r e nc h,   e t   al . ,   M i c r o c r y s t a l l i ne   s i   T F T s   f o r   i n t e g r a t e m ul t i pl e x e r s   a n s h i f t   r e g i s t e r s ,   P r oc e e di ng s   o f   21 s t   I nt e r n at i on al   D i s p l ay   C on f e r e n c e   and   8 t h   I n t e r na t i ona l   D i s pl a y   W or k s h ops ,   J a pa n ,   pp .   3 67 ,   2001 .   [ 3]   H .   K o ,   e t   al .,  U l t r a t h i c o m po und  s e m i c o nduc t o r   o i ns ul a t o r   l a y e r s   f o r   hi g pe r f o r m a nc e   na no s c a l e   t r a ns i s t o r s , ”  N at ur e ,   v o l .   468 ,   pp .   2 86 - 289 ,   201 0.       [ 4]   N a no c l us t e r   c a r bo t h i f i l m   a s   a   s e m i c o nduc t i ng   l a y e r   a n f e a s i bi l i t y   f o r   de v i c e   a pp l i c a t i o   [ 5]   M .   J .   P o w e l l ,   T h e   phy s i c s   o f   a m o r pho us - s i l i c o t hi n - f i l m   t r a n s i s t o r s ,   I E E E   T r ans ac t i ons   on  E l e c t r on  D e v i c e s v o l .   36,   p p.   27 53 - 63 ,   1 989 .   [ 6]   M .   S h ur   a n M .   H a c k,   P hy s i c s   o f   a m o r pho us   s i l i c o ba s e a l l oy   f i e l d - e f f e c t   t r a ns i s t o r s ,   J our n al   o f   A pp l i e d   P hy s i c s ,   v o l .   5 5,   pp .   383 1 - 42,   19 84 .   [ 7]   D a r g a r   S .   K .   a nd   S r i v a s t a v a   J K . P e r f o r m a nc e   o f   T hi F i l m   T r a n s i s t o r :   A   R e v i e w ,   A s i P ac i f i c   J our na l   of   En gi ne e r i n Sc i e nc e   and   T e c hno l o gy ,   vol / i s s u e :   2 ( 3 ) ,   pp .   1 - 14,   2 01 6.   [ 8]   F o r e w o r S pe c i a l   I s s ue   o S i m ul a t i o a nd   M o de l i ng   o f   N a no e l e c t r o ni c s   D e v i c e s ,   I E E E   t r an s ac t i ons   on  e l e c t r on   de v i c e s ,   vol / i s s u e :   54 ( 9 ) ,   pp .   207 2 - 78,   20 07 .   [ 9]   Y .   Y a m a m o t o ,   T e c hno l o g i c a l   I nnov a t i o o f   T hi n - F i l m   T r a ns i s t o r s :   T e c hno l o gy   D e v e l o pm e nt ,   H i s t o r y ,   a nd  F ut u r e , ”  J a pane s e   J o ur n al   o f   A ppl i e P hy s i c s ,   v o l .   51,   2 012 .   [ 10]   S .   G e i s s l e r ,   e t   a l . ,   A   t h e r m a l l y   a c t i v a t e g a t e   c u r r e nt   i o f f - s t a t e   P M O S F E T s ,   R e l i ab i l i t y   P hy s i c s   Sy m pos i um   A nnua l   P r oc e e di ng s   I n t e r na t i ona l ,   pp .   123 - 12 8,   19 91 .   [ 11]   A A.   O r o uj i   a n M .   J .   K um a r ,   L e a ka g e   C u r r e n t   R e d uc t i o T e c hn i que s   i P o l y - S i   T F T s   f o r   A c t i v e   M a t r i L i qu i d   C r y s t a l   D i s p l a y s :   A   C o m p r e he ns i v e   S t udy ,   I E E E   T r a ns a c t i on s   on   de v i c e   and  m at e r i a l s   r e l i ab i l i t y ,   v o l / i s s u e :   6 ( 2 ) 2006 .   [ 12]   R .   C h e n ,   e t   al . ,   B o t t o m - G a t e   T h i n - F i l m   T r a n s i s t o r s   B a s e d   o G a N   A c t i v e   C ha nne l   L a y e r ,   I E E E   E l e c t r o D e v i c e   L e t t . ,   vol / i s s ue :   34 ( 4 ) ,   2013 .       B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S       S h as h i   K an t   D ar g ar   i s   w o r k i ng   A s s i s t a n t   P r o f e s s o r   i t he   D e pa r t m e n t   E l e c t r o ni c s   a n d   C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng   a t   S i r   P a d a m pa t   S i ng ha n i a   U ni v e r s i t y ,   U da i p ur .   H e   ha s   c o m pl e t e d   hi s   de g r e e   o f   B a c he l o r   o f   E ng i ne e r i ng   f r o m   U ni v e r s i t y   of   R a j a s t h a i s pe c i a l i z a t i o w i t h   E l e c t r o n i c s   a nd  C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng   a nd  M .   T e c h.   i D i g i t a l   C o m m uni c a t i o f r o m   R a j a s t ha T e c hni c a l   U ni v e r s i t y H e   i s   c ur r e nt l y   pur s u i ng   hi s   P hD   i t hi f i l m   t r a n s i s t o r   d e s i g n.   H e   ha s   be e n   c o nt r i bu t i ng   i a c a de m i c s   f r o m   10   y e a r s H i s   a r e a   o f   r e s e a r c i nt e r e s t   i s   s i g na l   pr o c e s s i ng ,   w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n,   M i c r o w a v e   &   C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng   a nd  t h i f i l m   t r a ns i s t o r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ E CE     IS S N :   2088 - 8708       P e r f or m anc e   E v a l ua t i on   of   G aN   B as e d   T hi n   F i l m   T r ans i s t or   U s i ng   T CA D   Si m u l at i on   ( Shas hi   Kant   D ar gar )   151       J. K .   S h r i v as t av a   i s   w o r ki ng   A s s i s t a nt   P r o f e s s o r   i t h e   D e pa r t m e n t   E l e c t r o ni c s   a nd   C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng   a t   S i r   P a d a m pa t   S i ng ha n i a   U ni v e r s i t y ,   U da i p ur .   H e   ha s   c o m pl e t e d   hi s   P h . D .   f o r m   I I T - B H U   f r om   de pa r t m e n t   o f   E l e c t r o ni c s   E ng i ne e r i ng   a nd  ha v e   c o m pl e t e M . S c .   F r o m   D r .   R . M . L .   ( A w a dh) ,   U ni v e r s i t y   F a i z a ba i t he   E l e c t r o ni c s   E ng i ne e r i ng .   H e   di hi s   B . S c .     f r o m   L B S   P G   C o l l e g e   G o nda .   H i s   r e s e a r c i nt e r e s t   i s   T h i c F i l m   a nd  T h i n   f i l m   g a s   s e ns o r s .     S an t o s h   K u m ar   B h ar t i   i s   w o r k i ng   A s s i s t a n t   P r o f e s s o r   i t he   D e pa r t m e n t   E l e c t r o ni c s   a n d   C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng   a t   S i r   P a d a m pa t   S i ng ha n i a   U ni v e r s i t y ,   U da i p ur .   He   ha s   c o m pl e t e d   hi s   B . T e c h .   F r o m   U N S I E T ,   J a unpu r   V B S   pu r v a nc ha l   U ni v e r s i t y   i t he   E l e c t r o ni c s   E ng i ne e r i ng .   H e   di hi s   M . T e c i E l e c t r o ni c s   a nd  C o m m uni c a t i o E ng i n e e r i ng   s pe c i a l i z e d   i D i g i t a l   C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng   f r o m   N I T   K ur uks ht r a   H a r y a na   ( I ndi a ) .   H e   ha s   be e C o nt r i b ut i ng   i n   a c a de m i c s   f r o m   8   y e a r s .   H i s   r e s e a r c i n t e r e s t   i w i r e l e s s   c o m m uni c a t i o n,   W S N   a nd  di g i t a l   c om m uni c a t i o ns .             A b h N y at i   i s   i t h e   f i e l o f   a c a de m i c s   a nd  r e s e a r c f r o m   y e a r s   a nd  ha v e   c o nt r i but e s e v e r a l   pa pe r s   o c o m m uni c a t i o n,   a n t e nn a   de s i g a n s i g na l   p r o c e s s i ng .   S he   h a s   c o m pl e t e d   he r   M . T e c h   i D i g i t a l   C o m m uni c a t i o a nd  B . E .   i E l e c t r o ni c s   a n C o m m uni c a t i o E ng i ne e r i ng .   S he   i s   a l s o   t he   m e m be r   o f   e ng i ne e r i ng   s o c i e t y   a nd  j o ur na l s .   S he   ha s   s i g ni f i c a nt l y   c o nt r i bu t e d   i t he   a bo v e   w o r f o r   t h e   m a t h e m a t i c a l   un de r s t a nd i ng   a nd   i m p l e m e nt a t i o n.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.