In den letzten Jahren wurden in mehreren Veröffentlichungen Feldeffekttransistoren (FETs) vorgestellt, die auf Halbleiter-Nanodrähten mit einer Gate-Elektrode basieren, die um den gesamten Umfang des Nanodrahts gewickelt ist (z. B. [ 1 ], [ 2 ] ) . -Around- oder Rundum-Gate-Konfiguration bietet die beste Kontrolle, um die Ladungsträger aus dem Bereich innerhalb des Gates zu verarmen.
Dies widerspricht jedoch etwas der typischen Lehrbuch-Elektrostatik: Gemäß dem Gauß'schen Gesetz ist das elektrische Feld innerhalb eines geladenen Zylindermantels null, weshalb Koaxial- und geschirmte Kabel funktionieren – eine elektrische Ladung, die irgendwie am Schirmleiter induziert wird, nicht beeinflussen die Signalleitung, die sich innerhalb der Abschirmung befinden. Wenn man jetzt die naive Annahme macht, dass das Wrap-Around-Gate im Grunde ein Stück Zylindermantel ist, der um das Halbleitermaterial gewickelt ist, würde ich erwarten, dass jede Spannung, die daran angelegt wird, kein elektrisches Feld in seinem Inneren und daher kein verursachen sollte Trägererschöpfung. Aus dieser Sicht sollte dieses Transistordesign also überhaupt nicht funktionieren, geschweige denn besser als andere Designs.
Die Frage ist also, welche meiner Annahmen in diesem Zusammenhang falsch ist und wie sie behoben werden muss, damit das Ganze funktioniert?
Das elektrische Feld innerhalb einer geladenen Zylinderhülle ist NICHT Null, wenn Sie einen Koaxialleiter im Inneren haben, der auf einem anderen Potential gehalten wird als die Außenhülle. Dies ist bereits bei einem zylindrischen Kondensator mit koaxialen Metallelektroden der Fall. Ersetzt man bei einem solchen koaxialen Zylinderkondensator (mit Isolator im Elektrodenzwischenraum) das innere Metall durch einen Halbleiter und bringt an beiden Enden des halbleitenden Zylinders ohmsche Kontakte an, dann hat man im Prinzip schon eine Umwicklung Gate-Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MISFET). Dabei erzeugt eine angelegte Spannung zwischen dem äußeren Metall (Gate) und dem inneren Halbleiter ein elektrisches Feld, das eine Ladung auf dem inneren Halbleiter induziert und einen leitenden Inversionskanal erzeugt, der durch die angelegte Gate-Spannung zwischen dem äußeren Metall und dem inneren Halbleiter gesteuert werden kann ( normalerweise ein Kontakt namens Quelle). Dies kann verwendet werden, um den Strom zu modulieren, der durch eine angelegte Spannung (Drain-Source-Spannung) zwischen den Kontakten an den Enden des inneren Halbleiters erzeugt wird, der dann ein Wrap-around-Gate-MISFET oder MOSFET ist, wenn der Isolator ein Oxid ist.
Jiminion
Jon Kuster
frei