L型TFET器件的优化及模拟研究

发布时间：2020-05-19 14:03

【摘要】：近年来,MOSFET器件尺寸在摩尔定律的指引下不断减小。随着MOSFET器件尺寸的不断减小,短沟道效应和量子效应对器件性能的影响变的日趋严重。隧穿场效应晶体管(TFET:Tunneling Field Effect Transistor)由于不受玻尔兹曼分布的限制,能够得到比60mV/dec更低的亚阈值摆幅(SS:Sub-threshold Swing),可实现器件速度更快的开启与关断,并大幅降低器件的功耗,被认为是MOSFET最有力的替代者。与MOSFET相比,TFET具有更低的亚阈值摆幅(SS),在较低的工作电压下能够得到较大的开关电流比,但传统TFET仍存在两个主要不足:(1)其开态电流太小;(2)反向双极效应比较明显。本文在L型TFET的基础上,通过对器件结构进行优化,以达到在不影响开启特性的前提下抑制双极效应的目的。主要内容如下:首先,对L型TFET进行结构优化:(1)采用异质栅介质结构,使得栅在源区和靠近漏的沟道区具有不同的栅控能力,从而有效抑制反向双极电流。仿真结果表明,与传统LTFET相比,引入异质栅介质结构的LTFET,反向双极电流减小了三个数量级,开关电流比提高了100倍;(2)通过轻掺杂漏区的引入,反向隧穿发生时,靠近漏区的隧穿结由于掺杂浓度较低,结处电场强度变小,隧穿电流减小。结果表明,采用轻掺杂漏结构的LTFET在V_(ds)=0.5V时关断电流降低到10~(-15)数量级,开关电流比得到了有效提升;(3)引入栅漏不覆盖结构,降低了栅电压对反向隧穿结处电场的影响,仿真结果表明,引入栅漏不覆盖结构后器件的反向双极电流降低约三个数量级。接着,对上述优化结构的模拟/射频特性进行了对比分析。仿真结果表明,上述优化结构可以有效降低器件的栅漏电容,在V_(ds)=1.8V时栅漏电容可减小到传统LTFET的二分之一,同时,器件的跨导在优化过程中基本不受影响,器件特征频率f_T和增益带宽积得到明显提升。最后,论文还对LTFET及其优化结构的工艺实现进行了分析,借助Sentaurus TCAD中的工艺仿真工具Sprocess,对LTFET器件涉及的所有工艺步骤进行了详细仿真,并对Sprocess得到的器件结构进行电学特性仿真。仿真结果与预期结果较为符合。综上所述,本文对传统TFET器件结构优化和工艺制作进行了深入研究。结果表明,引入异质栅介质、轻掺杂漏结构和栅漏不覆盖结构可以有效抑制TFET器件双极效应,本文研究成果对TFET的结构优化与工艺实现具有指导意义。
【图文】：

摩尔定律

第一章绪论集成电路器件尺寸不断缩小，集成度不断增加颈。不断增加的芯片功耗、短沟效应以及亚阈者。本章讨论了现如今 MOSFET 器件面临的晶体管(TFET：Tunneling Field Effect Transisto状与面临的挑战，最后介绍了本文研究的主要现的不断实现，集成电路按照每 2-3 年集成度翻如今，芯片产业面临新的挑战，，尽管芯片中晶升，但是它也导致了芯片单位面积功耗的不断

趋势图,阈值电压VT,CMOS技术,电源电压

电压 VDD和阈值电压 VTH随 CMOS 技术节点项定义了栅电压和沟道电势的耦合效率，。第二项是一个与玻尔兹曼分布有关的使栅电压能够很好地和沟道表面势相耦要 60mV 改变量才能使漏电流改变一个OSFET 的阈值电压(VTH)不能大幅度缩小OSFET 转移特性曲线示意图(a)线性坐标(b)对leakage current, IOFFInverse slosubthresholog IDS0VTHVTHVGS(b)
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386

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