源漏可互換雙向開關肖特基勢壘隧穿場效應晶體管的研究
發(fā)布時間：2021-09-12 17:52
伴隨半導體技術的不斷發(fā)展成熟,對作為大型集成電路基本單元的晶體管提出了更高的要求。摩爾定律表明了,隨著半導體產業(yè)的發(fā)展需求,器件的尺寸會不斷縮小。直到今天微電子技術已經達到了納米級別,但等比例縮小到納米級尺寸時帶來了很多負面效應。例如MOSFET尺寸減小的同時勢必會使溝道長度變小,由此帶來更加明顯的短溝道效應。而且集成電路的功耗限制和MOSFET晶體管的亞閾值擺幅在常溫條件下無法低于60m V/dec這兩個問題,也使得MOSFET器件越來越難以滿足當今的需求。傳統(tǒng)的隧穿場效應晶體管（TFET）是在P型和N型半導體材料之間增加一層低摻雜本征半導體的基礎上形成的。與金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）相比,TFET具有高靈敏度和低靜態(tài)功耗的優(yōu)點。普通隧穿場效應晶體管與MOSFET的導通原理不同,它通過載流子的隧穿機制進行工作。這種工作機制能夠使TFET擁有更低的亞閾值擺幅,不再受到常溫下MOSFET型器件亞閾值擺幅始終不能低于60mV/dec的限制。因為亞閾值擺幅直接影響到器件的開關性能,所以在器件開關性能這方面隧穿場效應晶體管要優(yōu)于MOSFET晶體管。但是由于隧穿場效應晶體管受到...
【文章來源】：沈陽工業(yè)大學遼寧省
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
第一個鍺晶體管Fig.1.1Firstgermaniumtransistor
第2章傳統(tǒng)晶體管介紹7圖2.1N溝道增強型MOSFET的結構圖Fig.2.1Basicstructureofn-channelenhancedMOSFET2.1.2MOSFET晶體管工作原理N溝道增強型MOSFET：當無電壓施加在柵極上（VGS=0V）的時候，兩個N+區(qū)分別和P襯底形成了兩個p-n結。因為MOSFET是源漏可以相互對調的對稱結構，所以無論是左側N+區(qū)作為源極，右側N+區(qū)作為漏極，還是左側N+區(qū)作為漏極，右側N+區(qū)作為源極，都可以使MOSFET正常工作。因此無論在源極和漏極之間加正向電壓還是反向電壓，兩個p-n結必然有一個是正偏狀態(tài)，一個是反偏狀態(tài)[22]。位于源極的p-n結正偏，位于漏極的p-n結反偏。源極和漏極之間相當于兩個背對背的二極管連接在一起，所以，管子總是截止的，不會產生電流。當一個正電壓施加在柵極上（VGS>0V）時，會產生由柵極指向襯底的縱向電場，電場會將靠近柵極的P區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）向下排斥，將P區(qū)的少數(shù)載流子（電子）聚集到P區(qū)的表面，形成與多數(shù)載流子極性相反的“反型層”。當VGS電壓太低時，聚集到P區(qū)表面的電子較少，會被P型襯底中的多數(shù)載流子（空穴）中和掉，因此這時的漏極和源極之間的電流ID仍然為0。持續(xù)增加VGS，當VGS達到一定值時，聚集到P區(qū)表面的電子會把兩個分離的N+區(qū)連通在一起，形成N導電溝道，此時施加的VGS電壓稱作閾值電壓，閾值電壓用符號VT表示（通常在漏極電流達到10uA時的柵源電壓作為閾值電壓）[23]。此時源區(qū)和漏區(qū)會被導電溝道連通，N型半導體的多數(shù)載流子—電子通過溝道從源極流向漏極，在VDS的作用下漏極和源極之間的電流ID開始出現(xiàn)，MOSFET開始工作。若繼續(xù)增加VGS，電子會在P區(qū)表面繼續(xù)積累，導致導電溝道會越來越寬，溝道的電阻隨之降低，在相同的源漏電壓VDS作用下，漏極電流ID越大
沈陽工業(yè)大學碩士學位論文8增強型MOSFE。一般情況下提到的MOSFET主要是N溝道增強型。MOSFET的輸出特性曲線如圖2.3所示。N溝道耗盡型MOSFET：當VGS=0時漏極電流ID≠0，稱這種結構的MOSFET為耗盡型。耗盡型與增強型的主要差別是耗盡型MOSFET在SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，這樣一來就使得P區(qū)的表面上感應出的電子要比增強型MOSFET高很多。因此當柵極電壓等于零時，這些正離子就已經能夠在P型半導體的表面形成反型層溝道。所以耗盡型MOSFET在柵極電壓等于0時，只要提供VDS也會有一定程度的漏極電流產生。使漏極電流等于零時的柵極電壓，稱為夾斷電壓，用VP表示。當VGS=VP時溝道消失。P溝道型MOSFET：PMOS與NMOS的工作原理相同，不同的是導電的載流子類型和施加電壓極性。PMOS的源極和漏極為P型摻雜，襯底為N型半導體。當PMOS的柵極電壓VGS為負值時，N型襯底中的少數(shù)載流子空穴會被吸引到N型襯底的表面形成反型層溝道，空穴可以從源極流向漏極。a增強型NMOSFET轉移特性曲線b耗盡型NMOSFET轉移特性曲線圖2.2MOSFET轉移特性曲線Fig.2.2MOSFETtransfercharacteristiccurve
【參考文獻】：
期刊論文
[1]微電子技術的發(fā)展與應用研究[J]. 于功成. 硅谷. 2008(08)
[2]微電子技術的進展與挑戰(zhàn)[J]. 林鴻溢,李映雪. 世界科技研究與發(fā)展. 1999(04)
本文編號：3394673
【文章來源】：沈陽工業(yè)大學遼寧省
【文章頁數(shù)】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
第一個鍺晶體管Fig.1.1Firstgermaniumtransistor
第2章傳統(tǒng)晶體管介紹7圖2.1N溝道增強型MOSFET的結構圖Fig.2.1Basicstructureofn-channelenhancedMOSFET2.1.2MOSFET晶體管工作原理N溝道增強型MOSFET：當無電壓施加在柵極上（VGS=0V）的時候，兩個N+區(qū)分別和P襯底形成了兩個p-n結。因為MOSFET是源漏可以相互對調的對稱結構，所以無論是左側N+區(qū)作為源極，右側N+區(qū)作為漏極，還是左側N+區(qū)作為漏極，右側N+區(qū)作為源極，都可以使MOSFET正常工作。因此無論在源極和漏極之間加正向電壓還是反向電壓，兩個p-n結必然有一個是正偏狀態(tài)，一個是反偏狀態(tài)[22]。位于源極的p-n結正偏，位于漏極的p-n結反偏。源極和漏極之間相當于兩個背對背的二極管連接在一起，所以，管子總是截止的，不會產生電流。當一個正電壓施加在柵極上（VGS>0V）時，會產生由柵極指向襯底的縱向電場，電場會將靠近柵極的P區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）向下排斥，將P區(qū)的少數(shù)載流子（電子）聚集到P區(qū)的表面，形成與多數(shù)載流子極性相反的“反型層”。當VGS電壓太低時，聚集到P區(qū)表面的電子較少，會被P型襯底中的多數(shù)載流子（空穴）中和掉，因此這時的漏極和源極之間的電流ID仍然為0。持續(xù)增加VGS，當VGS達到一定值時，聚集到P區(qū)表面的電子會把兩個分離的N+區(qū)連通在一起，形成N導電溝道，此時施加的VGS電壓稱作閾值電壓，閾值電壓用符號VT表示（通常在漏極電流達到10uA時的柵源電壓作為閾值電壓）[23]。此時源區(qū)和漏區(qū)會被導電溝道連通，N型半導體的多數(shù)載流子—電子通過溝道從源極流向漏極，在VDS的作用下漏極和源極之間的電流ID開始出現(xiàn)，MOSFET開始工作。若繼續(xù)增加VGS，電子會在P區(qū)表面繼續(xù)積累，導致導電溝道會越來越寬，溝道的電阻隨之降低，在相同的源漏電壓VDS作用下，漏極電流ID越大
沈陽工業(yè)大學碩士學位論文8增強型MOSFE。一般情況下提到的MOSFET主要是N溝道增強型。MOSFET的輸出特性曲線如圖2.3所示。N溝道耗盡型MOSFET：當VGS=0時漏極電流ID≠0，稱這種結構的MOSFET為耗盡型。耗盡型與增強型的主要差別是耗盡型MOSFET在SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，這樣一來就使得P區(qū)的表面上感應出的電子要比增強型MOSFET高很多。因此當柵極電壓等于零時，這些正離子就已經能夠在P型半導體的表面形成反型層溝道。所以耗盡型MOSFET在柵極電壓等于0時，只要提供VDS也會有一定程度的漏極電流產生。使漏極電流等于零時的柵極電壓，稱為夾斷電壓，用VP表示。當VGS=VP時溝道消失。P溝道型MOSFET：PMOS與NMOS的工作原理相同，不同的是導電的載流子類型和施加電壓極性。PMOS的源極和漏極為P型摻雜，襯底為N型半導體。當PMOS的柵極電壓VGS為負值時，N型襯底中的少數(shù)載流子空穴會被吸引到N型襯底的表面形成反型層溝道，空穴可以從源極流向漏極。a增強型NMOSFET轉移特性曲線b耗盡型NMOSFET轉移特性曲線圖2.2MOSFET轉移特性曲線Fig.2.2MOSFETtransfercharacteristiccurve
【參考文獻】：
期刊論文
[1]微電子技術的發(fā)展與應用研究[J]. 于功成. 硅谷. 2008(08)
[2]微電子技術的進展與挑戰(zhàn)[J]. 林鴻溢,李映雪. 世界科技研究與發(fā)展. 1999(04)
本文編號：3394673
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教材專著
