15、用于IP盗版防护安全系统的石墨烯对称场效应晶体管与硅纳米线场效应晶体管

用于IP盗版防护安全系统的石墨烯对称场效应晶体管与硅纳米线场效应晶体管

1. 引言

过去十年，为设计适用于网络安全操作系统的亚10纳米设备，基于新奇概念的器件技术不断被研究。二维材料制成的隧道器件在低电压操作方面展现出良好潜力，成为设计数字电路和系统的理想材料。一些新兴隧道器件，如对称场效应晶体管（SymFET）和双肖特基场效应晶体管（BiSFET）颇具吸引力。它们的电流 - 电压（I - V）特性与MOSFET不同，SymFET尤其适用于安全应用，因其功耗低、速度可控，且与CMOS逻辑电路相比，动态能量效率更高。同时，CMOS技术难以满足安全应用需求，SymFET电路中的较大泄漏问题是一大挑战。这类器件需要较大的导通电流与关断电流比，以实现低功耗和低电压操作。由于其独特的I - V特性，SymFET在基于安全的电路设计新拓扑方面具有应用前景。随着这些新方法应用于硬件基础设施，系统级的保护方案将更加有效。

2. 石墨烯

石墨烯是一种由sp²键合的碳原子组成的单原子厚度二维材料，具有迷人的蜂窝状晶格结构，碳原子间距约为1.42 Å。其2s轨道与平面内的2px和2py轨道杂化，形成夹角为120°的共价键，同时垂直于平面的pz轨道形成较弱的π键。石墨层间通过范德华力结合，这种力较弱，使得石墨烯易于分离成薄片。在石墨结构中，π键确保了其电子传导性能。通过紧束缚理论测量可知，石墨烯的导带和价带之间的带隙为零，二者在布里渊区的狄拉克点重合。其六边形结构如图1所示。

2.1 石墨烯的电子特性

石墨烯的出现促使科学家在开