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Transconductance Amplification in Dirac-Source Field-Effect Transistors Enabled by Graphene/Nanotube Hereojunctions

DOI:10.1002/aelm.201901289 期刊:Advanced Electronic Materials 出版年份:2020 更新时间:2025-09-23 15:21:01
摘要: Steep-slope devices are predicted to provide excellent quality for analog integrated circuit applications due to their high transconductance efficiency (gm/Ids) breaking the metal-oxide-semiconductor field-effect transistor limit (38.5 V?1). The potential advantage of a Dirac-source FET (DSFET) as an analog transistor is explored based on a graphene/carbon nanotube (CNT) heterojunction. A high gm/Ids beyond 38.5 V?1 over four decades of current is experimentally demonstrated in an individual CNT-based DSFET, reaching a peak value of 66 V?1, which is a new record for all reported transistors. Importantly, this high gm/Ids extends beyond the subthreshold region and leads to transconductance amplification in the overthreshold region. The best peak transconductance at a low bias of ?0.1 V exceeds 20 μS per tube, which has approximately threefold improvement over that of a normal CNT FET with a shorter gate length. Outperforming other advanced devices, the extended high transconductance efficiency greatly promotes DSFET competitiveness in the high-precision analog field.
作者: Lin Xu,Chenguang Qiu,Lian-Mao Peng,Zhiyong Zhang
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Exploring the potential advantages of the DSFET as an analog transistor based on a graphene/carbon nanotube (CNT) heterojunction.

The study demonstrates that DSFETs can provide high transconductance efficiency beyond the conventional MOSFET limit, leading to transconductance amplification in the overthreshold region. This makes DSFETs competitive in the high-precision analog field, with potential applications in low-power digital and high-precision analog IC circuits.

The study demonstrates high transconductance efficiency and amplification in DSFETs, but the practical application and scalability of these devices in integrated circuits require further investigation.

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