Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2025, 16 (2), 183–191
Simulation of a quasi-ballistic quantum-barrier field-effect transistor based on GaAs quantum wire
Dmitry V. Pozdnyakov – Belarusian State University, Minsk, Belarus; pozdnyakovdv@bsu.by
Andrei V. Borzdov – Belarusian State University, Minsk, Belarus; borzdovav@bsu.by
Vladimir M. Borzdov – Belarusian State University, Minsk, Belarus; borzdov@bsu.by
Corresponding author: D. V. Pozdnyakov, pozdnyakovdv@bsu.by
PACS 73.21.Hb; 73.63.Nm; 85.30.De; 85.35.Be
DOI 10.17586/2220-8054-2025-16-2-183-191
ABSTRACT A new constructive solution of field-effect transistor (FET) with a Schottky barrier in a conducting channel has been identified. The FET is a quasi-ballistic quantum-barrier transistor based on a cylindrical undoped GaAs quantum wire in Al2O3 matrix surrounded by a cylindrical metallic gate. A technique for determining the optimal variation of the semiconductor quantum wire diameter along its axis has been developed. The optimal dependence of the nanowire diameter on the spatial coordinate along its axis has been determined providing the possibility of both the elimination of quantum barrier for electrons by the positive gate voltage and the minimization of transistor channel electrical resistance in contrast to a typical FET with a Schottky barrier in its conducting channel. The current-voltage characteristics of the transistor based on GaAs quantum wire with an optimal cross-section have been calculated within the framework of a developed combined physico-mathematical model describing the electron transport in the transistor channel. This model takes into account the nonparabolicity of the semiconductor band structure, the quantum-dimensional effects, and such secondary quantum effects as the collisional broadening and displacement of electron energy levels.
KEYWORDS field-effect transistor, semiconductor quantum wire, quasi-ballistic electron transport.
FOR CITATION Pozdnyakov D.V., Borzdov A.V., Borzdov V.M. Simulation of a quasi-ballistic quantum-barrier field-effect transistor based on GaAs quantum wire. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2025, 16 (2), 183–191.
[In Russian] Поздняков Д.В., Борздов А.В., Борздов В.М.
Моделирование квазибаллистического квантово-барьерного полевого транзистора на основе квантовой проволоки GaAs
АННОТАЦИЯ Выявлено новое конструктивное решение полевого транзистора (ПТ) с барьером Шоттки в проводящем канале. ПТ представляет собой квазибаллистический квантово-барьерный транзистор на основе цилиндрической нелегированной квантовой проволоки GaAs в матрице Al2O3, окруженной цилиндрическим металлическим затвором. Разработана методика определения оптимального изменения диаметра полупроводниковой квантовой проволоки вдоль ее оси. Определена оптимальная зависимость диаметра нанопроволоки от пространственной координаты вдоль ее оси, обеспечивающая возможность как устранения квантового барьера для электронов положительным напряжением затвора, так и минимизации электрического сопротивления канала транзистора в отличие от типичного ПТ с барьером Шоттки в проводящем канале. В рамках разработанной комбинированной физико-математической модели, описывающей транспорт электронов в канале транзистора, рассчитаны вольт-амперные характеристики транзистора на основе квантовой проволоки GaAs оптимального сечения. В данной модели учтены непараболичность зонной структуры полупроводника, квантово-размерные эффекты и такие вторичные квантовые эффекты, как столкновительное уширение и смещение уровней энергии электронов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА полевой транзистор, полупроводниковая квантовая проволока, квазибаллистический транспорт электронов.
