本文關鍵詞：一種源端由InAs材料摻雜的雙柵隧穿場效應晶體管的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隧穿場效應晶體管(TFET)是作為傳統(tǒng)的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的潛在替代者所提出來的,其工作機制為帶帶隧穿,這與MOSFET器件的載流子漂移-擴散(drift-diffusion)機制截然不同。從TFET器件的工作原理來看,該器件的驅動電流與溫度的關系并不是指數(shù)關系,因此亞閾值電流不受限制于熱載流子的熱分布,故它能成功打破MOSFET器件6OmV/dec的亞閾值斜率(S S:sub-threshold swing)的限制,從而減小了器件的關態(tài)電流,降低器件開啟電壓的同時也使器件的靜態(tài)功耗得到降低。然而TFET器件存在驅動電流低和雙極效應的問題,而且目前對于TFET器件交流特性的研究也有待進一步深入。針對其不足,本文主要研究了一種把InAs作為源端材料的新型雙柵隧穿場效應晶體管(InAsDGTFET),研究具體內(nèi)容主要包括該器件的直流電學特性、交流特性及其穩(wěn)定性。本文首先在TCAD-ATLAS軟件中建立了InAsDGTFET器件的結構,并利用該軟件對該器件的直流電學特性進行了仿真并把仿真結果與傳統(tǒng)DGTFET器件作了對比分析。通過優(yōu)化InAsDGTFET器件的結構參數(shù),最終仿真得到的驅動電流高達109×10-3A/μm,開關比可以達到1010而遠高于106。此外軟件仿真獲得的的SS為3OmV/decade左右,這也遠遠打破了MOSFET的SS不能小于6OmV/dec的弊端。本文同樣研究了包括源端、漏斷和溝道在內(nèi)的有源區(qū)的摻雜濃度,柵功函數(shù)以及體硅厚度的變化對器件性能的影響。結果發(fā)現(xiàn)：源端的摻雜濃度越大,驅動電流越大而且閾值電壓Vth和SS都會越來越小,漏端的摻雜濃度主要影響器件的雙極性,而溝道連接了源端和漏端,因此溝道的摻雜對于驅動電流和關態(tài)電流都有影響。隨著柵功函數(shù)的降低,驅動電流不斷變大,但是考慮到柵功函數(shù)低于某個值時,未加柵壓時器件有可能已經(jīng)有隧穿發(fā)生,因此不能為了更大的隧穿電流而使得柵功函數(shù)無限降低。最后,隨著體硅厚度Tsi的逐漸遞增,該器件的隧穿電流也在逐漸減小。最后,研究了InAsDGTFET器件的交流特性和穩(wěn)定性。在建立了一種n型非準靜態(tài)小信號等效電路模型的基礎上,在該器件中分離出了隧穿電阻(Rt)和溝道電阻(R。)。之后,研究了InAsDGTFET的射頻特性,主要討論了柵電容Cgd、Cgs、Cgg隨著外加電壓的變化規(guī)律以及得出了兩個頻率fT和fmax可以達到的值及其變化規(guī)律,通過計算所研究器件的穩(wěn)定因子,來研究該器件是否可以無條件的保持穩(wěn)定狀態(tài)。最后,當頻率高達約300GHz時,從模型和仿真中得到的Y參數(shù)依然保持一致。結果表明：InAsDGTFET可以被應用到射頻領域,而且可以在一定條件下保持穩(wěn)定。
【關鍵詞】：隧穿場效應晶體管 亞閾值斜率 驅動電流 等效電路 隧穿電阻
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 TFET的發(fā)展歷史9-12
• 1.2 TFET器件的工作原理12-13
• 1.3 TFET發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)13-15
• 1.4 本文主要內(nèi)容15-16
• 第二章 InAsDGTFET基本結構和SILVACO-ATLAS模型16-22
• 2.1 SILVACO-ATLAS仿真軟件16-20
• 2.2 InAsDGTFET結構和參數(shù)20-21
• 2.3 所用仿真模型介紹21-22
• 第三章 InAsDGTFET器件的直流特性及其優(yōu)化22-35
• 3.1 InAsDGTFET的驅動電流22-25
• 3.2 InAsDGTFET的I_(ON)/I_(OFF)和亞閾值斜率25-28
• 3.3 器件參數(shù)優(yōu)化28-33
• 3.3.1 有源區(qū)摻雜濃度28-31
• 3.3.2 柵功函數(shù)31-32
• 3.3.3 體硅厚度32-33
• 3.4 本章小結33-35
• 第四章 InAsDGTFET器件的交流特性35-50
• 4.1 交流小信號模型35-40
• 4.2 隧穿和溝道電阻研究40-42
• 4.3 InAsDGTFET的射頻特性及其穩(wěn)定性研究42-48
• 4.3.1 電容42-43
• 4.3.2 頻率43-46
• 4.3.3 穩(wěn)定性46-48
• 4.4 本章小結48-50
• 第五章 總結與展望50-52
• 5.1 本文總結50-51
• 5.2 對后續(xù)工作的展望51-52
• 參考文獻52-55
• 附圖55-57
• 致謝57-58
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文58

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本文編號：267956