锗锡隧穿场效应晶体管应变工程和异质结工程研究

发布时间：2019-10-17 06:36

【摘要】：隧穿场效应晶体管(Tunneling Field-effect Transistor,TFET)在室温下可实现60 mV/decade的亚阈值摆幅(SS),在超低工作电压下,比如0.3伏,TFET可获得比MOSFET器件更高的工作电流。因此,TFET是实现超低功耗芯片的备选器件结构。目前,基于锗锡(Germanium-Tin,Ge Sn)材料的TFET器件是微电子研发的热点。GeSn合金在Γ点禁带宽度在0~0.8 eV范围内连续可调,当锡(Sn)组分增加到6.5~11%时,材料能带结构从间接带隙转变成直接带隙。基于以上材料特性,GeSn TFET器件展现出相较于其它IV族、甚至III-V族材料TFET更优异的器件性能。本文从理论层面深入研究了应变和异质隧穿结对GeSn TFET器件电学性能的提升作用。利用k?p理论和经验赝势理论(EPM)详细研究应变对GeSn材料能带结构、有效质量等参数的影响,基于Kane模型对应变和弛豫的GeSnTFET器件进行电学性能模拟和对比分析。结果显示,通过在器件中引入张应变可以有效提高器件带间隧穿的产生机率,提高器件的工作电流,而且研究结果表明这种提升作用与沟道晶面取向相关。本文利用经验赝势方法计算了GeSn和SiGeSn能带结构,利用Ge1-xSnx/Ge1-ySny I型异质结设计了异质结增强型TFET器件结构,并对器件的电学性能进行详细模拟计算。发现隧穿结与异质结之间的距离LT-H对器件电学性能有明显影响,通过优化LT-H,可以显著提供器件电学性能。理论分析显示增强型I型异质结可以显著缩短器件带间隧穿路径,从而提高器件隧穿几率和工作电流。本文对带有GeSn/SiGeSn II型异质隧穿结的TFET器件进行了结构设计和详细的电学性能模拟。通过调整材料组分形成晶格匹配的II型GeSn/SiGeSn异质隧穿结,带有GeSn/SiGeSn异质隧穿结的TFET获得了明显优于GeSn同质结器件的电学性能。通过分析器件的载流子分布特性,发现II型异质结可以有效提高隧穿结处载流子浓度,并使载流子分布更加陡峭,从而提升器件带间隧穿效率和工作电流。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN386

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本文编号：2550427