隨著傳統(tǒng)MOSFET器件特征尺寸不斷的縮小,芯片集成度逐漸提高,器件短溝道效應變得越來越明顯,導致器件關(guān)斷時泄漏電流顯著增大,功耗問題越來越嚴重,不利于芯片集成度的進一步提高。傳統(tǒng)MOSFET由于受到熱載流子效應的影響,在室溫下其亞閾值擺幅高于60mV/dec。利用NMOS管和PMOS管可以共同構(gòu)成互補型MOS結(jié)構(gòu),即CMOS集成電路;正常工作時兩個串聯(lián)的MOSFET交替導通,不工作時同時截止,理論上電路靜態(tài)功耗為零。實際上,由于存在漏電流,CMOS電路仍有少量靜態(tài)功耗。而基于量子隧道效應的隧穿場效應晶體管（TFET）,其亞閾值斜率可以突破MOSFET器件的理論極限,具有極低的關(guān)態(tài)泄漏電流。N型TFET和P型TFET也可以組成互補TFET（C-TFET）結(jié)構(gòu),其導通電流以隧穿電流為主,不會受到載流子遷移率的影響,在不增大器件尺寸的條件下能夠獲得比CMOS器件更加對稱的電學特性。本文主要研究內(nèi)容如下:首先,討論SiGe/Si等異質(zhì)結(jié)在TFET中的應用。在外延區(qū)使用SiGe材料形成異質(zhì)外延薄層,可以有效地減小外延區(qū)的禁帶寬度,提高電子從源區(qū)隧穿至外延區(qū)的隧穿幾率,增大隧穿電流;而窄禁帶材料... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

功率密度隨柵極長度的變化[4]

電子科技大學碩士學位論文2體管（TFET）的工作原理為帶帶隧穿，這種隧穿機制不會受到熱電子發(fā)射的影響，其亞閾值擺幅可以打破傳統(tǒng)MOSFET結(jié)構(gòu)60mV/dec的理論極限，而且擁有非常低的亞閾值電流，可以用于超低功耗集成電路設(shè)計，并且能夠與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容。TFET已被許多研究人員探索，但未能獲得與傳統(tǒng)MOSFET相當?shù)男阅躘7-9]，限制了TFET器件的實際應用。對于MOSFET的低功耗替代方案，需要對TFET的結(jié)構(gòu)和制造工藝進行更細致的研究。圖1-2MOSFET工作機制和電源電壓縮放方案在TFET中應用高材料增大電場強度[10-11]或者窄帶隙材料降低禁帶寬度已然成為改善TFET特性的常用辦法。一些科研人員在傳統(tǒng)TFET源區(qū)采用了窄禁帶材料來促進隧穿電流[12]，雖然可以提高驅(qū)動電流并且保持較低的關(guān)斷電流，然而仍無法避免異質(zhì)結(jié)表面處存在的缺陷。考慮到隧穿勢壘一般處于溝道區(qū)中，因而能夠嘗試改變溝道區(qū)材料，文獻[13]利用窄禁帶材料代替了整個溝道區(qū)域，然而采用此辦法需要考慮TFET雙極導通效應，該效應可能會導致高關(guān)斷漏電流。此外，有研究者提議利用先進的儀器控制器件摻雜分布，比如源區(qū)重摻雜薄層結(jié)構(gòu)[14-15]，通過減小隧穿勢壘寬度提高了電場強度，但在實際工藝中單側(cè)突變結(jié)難以實現(xiàn)，并可能會造成實質(zhì)性的制造偏差。為改善TFET器件開關(guān)特性，本文提出了一種縱向漸變外延異質(zhì)結(jié)隧穿場效應晶體管（GEH-TFET），采用了具有低關(guān)態(tài)泄漏電流的外延隧穿層結(jié)構(gòu)，通過SiGe材料降低隧穿區(qū)的禁帶寬度提升了開態(tài)電流，并利用漸變摻雜工藝改善了器件亞閾值特性，器件具有高導通電流、低亞閾值斜率和低關(guān)斷漏電流的優(yōu)點。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隧穿場效應晶體管作為一種新型半導體器件，有望克服傳統(tǒng)MOSFET在小尺

Ge源N溝道TFET結(jié)構(gòu)[16]

【參考文獻】：
博士論文
[1]基于PIN的IMOS與TFET器件研究[D]. 李妤晨.西安電子科技大學 2013



本文編號：3552966