發(fā)布時間：2018-11-15 13:04

【摘要】：隨著MOSFET器件的特征尺寸進入納米尺度,短溝道效應(yīng)對傳統(tǒng)MOSFET器件的性能造成了嚴重影響,通過尺寸縮小來獲得性能提升的方法變得越來越困難。近年來,一種基于量子隧穿機理的場效應(yīng)器件隧穿場效應(yīng)晶體管(tunneling field-effect transistor,TFET)被提出。理論上,TFET不僅可以有效抑制短溝道效應(yīng),還能突破傳統(tǒng)MOSFET亞閾值擺幅(Subthreshold Swing)不能低于60 mV/dec的限制,從而大幅度降低器件的開關(guān)功耗。因此TFET被認為是最具前景的超低功耗器件之一。TFET的亞閾值電流對隧穿結(jié)附近的缺陷非常敏感,因此離子注入等工藝過程產(chǎn)生的缺陷會對TFET器件的亞閾值擺幅特性產(chǎn)生嚴重影響。為了減小缺陷對TFET亞閾值特性的影響,本文主要從工藝過程優(yōu)化和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面展開研究。首先,利用TCAD工具分析了工藝參數(shù)對TFET器件特性的影響。研究表明,隨著源區(qū)摻雜劑量的不斷增大,中心濃度增加,隧穿電流增大;與橫向擴散長度相比,縱向摻雜深度的增加對隧穿電流影響不大。此外,隨著溫度升高,飽和電流穩(wěn)定提升。表明在恒定退火時間下,退火溫度的提高有助于摻雜元素的激活。其次,分析了不同退火技術(shù)對硼離子間隙缺陷集群的修復(fù)能力,利用濃度曲線與薄膜電阻率反映缺陷集群的變化。結(jié)果表明,采用新型退火方法,薄膜電阻率明顯下降,硼離子間隙缺陷集群(BIC)得到明顯的修復(fù)。最后,研究了柵溝道覆蓋和Pocket摻雜對TFET性能的影響。結(jié)果表明,側(cè)墻覆蓋漏區(qū)會使開態(tài)電流減小,關(guān)斷電流增加,并不會對其柵極泄漏電流起到影響;側(cè)墻覆蓋源區(qū),器件開態(tài)電流增大,關(guān)斷電流變化不大。此外,本文對傳統(tǒng)的TFET結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,設(shè)計了具有柵源覆蓋和源區(qū)pocket器件結(jié)構(gòu)的TCAD工藝實現(xiàn)方法;結(jié)果表明,隨著柵極覆蓋長度的增加,柵控能力增強,柵覆蓋導(dǎo)致源區(qū)覆蓋面積內(nèi)的能帶大幅彎曲,隧穿由點隧穿變?yōu)槊娣e更大的線隧穿,亞閾值擺幅特性明顯改善。添加源pocket結(jié)構(gòu)后,整個晶體管的隧穿電流增加,亞閾值擺幅有所降低。
[Abstract]:With the characteristic size of MOSFET devices entering nanometer scale, the short channel effect has a serious impact on the performance of traditional MOSFET devices, so it is becoming more and more difficult to improve the performance of traditional MOSFET devices by reducing the size of MOSFET devices. In recent years, a field effect transistor (tunneling field-effect transistor,TFET) based on quantum tunneling mechanism has been proposed. Theoretically, TFET can not only effectively suppress the short channel effect, but also break through the limit of traditional MOSFET sub-threshold swing (Subthreshold Swing) which can not be lower than 60 mV/dec, thus greatly reducing the switching power consumption of the device. Therefore, TFET is considered to be one of the most promising ultra-low power devices. The subthreshold current of TFET is very sensitive to the defects near tunneling junctions. Therefore, the defects in the process of ion implantation will seriously affect the subthreshold swing characteristics of TFET devices. In order to reduce the influence of defects on the subthreshold characteristics of TFET, this paper mainly focuses on two aspects: process optimization and device structure design. Firstly, the influence of process parameters on the characteristics of TFET devices is analyzed by TCAD tool. The results show that the tunneling current increases with the increasing of the doping concentration in the source region and the longitudinal doping depth has little effect on the tunneling current compared with the transverse diffusion length. In addition, the saturation current increases steadily with the increase of temperature. It is shown that the increase of annealing temperature is helpful to the activation of doped elements at constant annealing time. Secondly, the repair ability of different annealing technology to the defect cluster of boron ion gap is analyzed, and the change of the defect cluster is reflected by the concentration curve and the film resistivity. The results show that with the new annealing method, the resistivity of the film decreases obviously, and the (BIC) of boron ion gap defect cluster is obviously repaired. Finally, the effects of gate channel coverage and Pocket doping on the performance of TFET are studied. The results show that the on-state current decreases and the turn-off current increases, which does not affect the gate leakage current, while the on-state current increases and the turn-off current does not change much. In addition, the traditional TFET structure is optimized, and the realization method of TCAD process with gate source coverage and source pocket device structure is designed. The results show that with the increase of the gate coverage length, the gate control ability increases, and the energy band in the source area is significantly curved, the tunneling is changed from point tunneling to line tunneling with larger area, and the sub-threshold swing amplitude is improved obviously. When the source pocket structure is added, the tunneling current of the transistor increases and the sub-threshold swing decreases.
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Paul O’Shea;;研究者用碳60制造出高性能場效應(yīng)晶體管[J];今日電子;2008年04期

2 江興;;研究者用碳60制造出高性能場效應(yīng)晶體管[J];半導(dǎo)體信息;2008年04期

3 孫再吉;;碳60制作的高性能場效應(yīng)晶體管[J];半導(dǎo)體信息;2008年05期

4 ;科學家開發(fā)新超導(dǎo)場效應(yīng)晶體管[J];光機電信息;2011年05期

5 鄭冬冬;;美研制出新式超導(dǎo)場效應(yīng)晶體管[J];半導(dǎo)體信息;2011年03期

6 武建國;;貼片場效應(yīng)晶體管工作原理及檢測(上)[J];家電檢修技術(shù);2011年21期

7 武建國;;貼片場效應(yīng)晶體管工作原理及檢測(下)[J];家電檢修技術(shù);2011年23期

8 ;美科學家構(gòu)造出一個超薄超導(dǎo)場效應(yīng)晶體管[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗;2012年06期

9 徐烽;;作開關(guān)用的場效應(yīng)晶體管[J];半導(dǎo)體情報;1971年01期

10 David M.Miller ,Robert G.Meyer ,余玉龍;場效應(yīng)晶體管的非線性與交擾調(diào)制[J];科技譯報;1972年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 陳永真;;新型高耐壓大功率場效應(yīng)晶體管[A];新世紀 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊）[C];2001年

2 陶春蘭;董茂軍;張旭輝;張福甲;;并五苯場效應(yīng)晶體管的研制[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學術(shù)會議論文集（2）[C];2007年

3 張亞杰;湯慶鑫;胡文平;李洪祥;;有機-無機復(fù)合單晶場效應(yīng)晶體管[A];中國化學會第26屆學術(shù)年會有機固體材料分會場論文集[C];2008年

4 黃學斌;朱春莉;郭云龍;張仕明;劉云圻;占肖衛(wèi);;卟啉-三并噻吩共軛聚合物的合成及其場效應(yīng)晶體管特性[A];中國化學會第26屆學術(shù)年會有機固體材料分會場論文集[C];2008年

5 趙廣耀;董煥麗;江浪;趙華平;覃翔;胡文平;;并五苯類似物單晶場效應(yīng)晶體管及其在乙醇氣體探測中的應(yīng)用[A];第十六屆全國晶體生長與材料學術(shù)會議論文集-08納米晶體及其表征[C];2012年

6 張亞杰;董煥麗;胡文平;;基于酞菁銅有機單晶微納米帶的雙極性場效應(yīng)晶體管及化學傳感器[A];全國第八屆有機固體電子過程暨華人有機光電功能材料學術(shù)討論會摘要集[C];2010年

7 溫雨耕;狄重安;吳衛(wèi)平;郭云龍;孫向南;張磊;于貴;劉云圻;;硫醇修飾對N-型傒酰亞胺場效應(yīng)晶體管性能的影響[A];全國第八屆有機固體電子過程暨華人有機光電功能材料學術(shù)討論會摘要集[C];2010年

8 劉南柳;周焱;彭俊彪;裴堅;王堅;;提拉法制備圖案化有機納米線場效應(yīng)晶體管[A];全國第八屆有機固體電子過程暨華人有機光電功能材料學術(shù)討論會摘要集[C];2010年

9 于海波;田孝軍;于鵬;董再勵;;碳納米管場效應(yīng)晶體管的自動化裝配方法研究[A];2008’“先進集成技術(shù)”院士論壇暨第二屆儀表、自動化與先進集成技術(shù)大會論文集[C];2008年

10 呂琨;狄重安;劉云圻;于貴;邱文豐;;基于并三噻吩共聚物的空氣穩(wěn)定的OFET研究[A];中國化學會第26屆學術(shù)年會有機固體材料分會場論文集[C];2008年

相關(guān)重要報紙文章 前6條

1 記者 劉霞;美研制出新式超導(dǎo)場效應(yīng)晶體管[N];科技日報;2011年

2 劉霞;隧道場效應(yīng)晶體管可為計算機節(jié)能99%[N];科技日報;2011年

3 記者 吳長鋒 通訊員 楊保國;我科學家成功制備二維黑磷場效應(yīng)晶體管[N];科技日報;2014年

4 湖南 黃金貴 編譯;場效應(yīng)晶體管傳感器的偏置點電路[N];電子報;2013年

5 成都 史為 編譯;場效應(yīng)晶體管和晶體三極管[N];電子報;2013年

6 張弛;芯片巨頭合力研究“零待機”芯片[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2011年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 鄧劍;雙極型有機單晶場效應(yīng)晶體管光電性質(zhì)研究[D];吉林大學;2016年

2 燕少安;鐵電場效應(yīng)晶體管的電離輻射效應(yīng)及加固技術(shù)研究[D];湘潭大學;2016年

3 肖永光;鐵電場效應(yīng)晶體管的保持性能與負電容效應(yīng)研究[D];湘潭大學;2013年

4 劉林盛;場效應(yīng)晶體管的大信號模型研究[D];電子科技大學;2011年

5 劉一陽;并五苯類有機小分子場效應(yīng)晶體管材料的合成與器件制備[D];蘭州大學;2010年

6 塔力哈爾·夏依木拉提;酞菁銅單晶微納場效應(yīng)晶體管在氣體傳感器中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];東北師范大學;2013年

7 陶春蘭;并五苯性質(zhì)的研究及其場效應(yīng)晶體管的研制[D];蘭州大學;2009年

8 蔡彬;新型氧化錫微納單晶場效應(yīng)晶體管的設(shè)計及其在氣體傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用[D];東北師范大學;2014年

9 王偉;有機薄膜場效應(yīng)晶體管、發(fā)光和顯示驅(qū)動[D];吉林大學;2006年

10 焦廣泛;隧穿場效應(yīng)晶體管和InGaAs場效應(yīng)晶體管的可靠性研究[D];復(fù)旦大學;2012年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 田小婷;GaSb/InAs異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管的性能分析[D];內(nèi)蒙古大學;2015年

2 曹露雅;有機雙極型薄膜場效應(yīng)晶體管的制備和應(yīng)用[D];蘭州大學;2015年

3 鄒素芬;新型有機小分子場效應(yīng)晶體管器件的制備及性能研究[D];杭州師范大學;2015年

4 史柯利;聚合物場效應(yīng)晶體管的制備以及性能研究[D];北京化工大學;2015年

5 李圣威;三柵場效應(yīng)晶體管（FinFET）電學特性的建模與仿真[D];復(fù)旦大學;2014年

6 陳玉成;基于并五苯的有機光敏場效應(yīng)晶體管的性能研究[D];電子科技大學;2014年

7 秦亞;基于鐵電場效應(yīng)晶體管的基本門電路及靈敏放大器的TCAD模擬[D];湘潭大學;2015年

8 吳傳祿;電離輻射對MFIS型鐵電場效應(yīng)晶體管電學性能的影響[D];湘潭大學;2015年

9 彭龍;雙柵隧穿場效應(yīng)晶體管的模型研究[D];湘潭大學;2015年

10 李凱;基于鐵電場效應(yīng)晶體管的查找表的設(shè)計與仿真[D];湘潭大學;2015年

，

本文編號：2333385