【摘要】：隧穿場效應(yīng)晶體管(Tunneling Field-effect Transistor,TFET)在室溫下可實現(xiàn)60 mV/decade的亞閾值擺幅(SS),在超低工作電壓下,比如0.3伏,TFET可獲得比MOSFET器件更高的工作電流。因此,TFET是實現(xiàn)超低功耗芯片的備選器件結(jié)構(gòu)。目前,基于鍺錫(Germanium-Tin,Ge Sn)材料的TFET器件是微電子研發(fā)的熱點。GeSn合金在Γ點禁帶寬度在0~0.8 eV范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),當(dāng)錫(Sn)組分增加到6.5~11%時,材料能帶結(jié)構(gòu)從間接帶隙轉(zhuǎn)變成直接帶隙�；谝陨喜牧咸匦�,GeSn TFET器件展現(xiàn)出相較于其它IV族、甚至III-V族材料TFET更優(yōu)異的器件性能。本文從理論層面深入研究了應(yīng)變和異質(zhì)隧穿結(jié)對GeSn TFET器件電學(xué)性能的提升作用。利用k?p理論和經(jīng)驗贗勢理論(EPM)詳細(xì)研究應(yīng)變對GeSn材料能帶結(jié)構(gòu)、有效質(zhì)量等參數(shù)的影響,基于Kane模型對應(yīng)變和弛豫的GeSnTFET器件進行電學(xué)性能模擬和對比分析。結(jié)果顯示,通過在器件中引入張應(yīng)變可以有效提高器件帶間隧穿的產(chǎn)生機率,提高器件的工作電流,而且研究結(jié)果表明這種提升作用與溝道晶面取向相關(guān)。本文利用經(jīng)驗贗勢方法計算了GeSn和SiGeSn能帶結(jié)構(gòu),利用Ge1-xSnx/Ge1-ySny I型異質(zhì)結(jié)設(shè)計了異質(zhì)結(jié)增強型TFET器件結(jié)構(gòu),并對器件的電學(xué)性能進行詳細(xì)模擬計算。發(fā)現(xiàn)隧穿結(jié)與異質(zhì)結(jié)之間的距離LT-H對器件電學(xué)性能有明顯影響,通過優(yōu)化LT-H,可以顯著提供器件電學(xué)性能。理論分析顯示增強型I型異質(zhì)結(jié)可以顯著縮短器件帶間隧穿路徑,從而提高器件隧穿幾率和工作電流。本文對帶有GeSn/SiGeSn II型異質(zhì)隧穿結(jié)的TFET器件進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和詳細(xì)的電學(xué)性能模擬。通過調(diào)整材料組分形成晶格匹配的II型GeSn/SiGeSn異質(zhì)隧穿結(jié),帶有GeSn/SiGeSn異質(zhì)隧穿結(jié)的TFET獲得了明顯優(yōu)于GeSn同質(zhì)結(jié)器件的電學(xué)性能。通過分析器件的載流子分布特性,發(fā)現(xiàn)II型異質(zhì)結(jié)可以有效提高隧穿結(jié)處載流子濃度,并使載流子分布更加陡峭,從而提升器件帶間隧穿效率和工作電流。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

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本文編號：2550427