关于高性能硅基TFET晶体管的研究与结构优化

发布时间：2017-04-15 16:10

  本文关键词：关于高性能硅基TFET晶体管的研究与结构优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微电子技术的发展已经进入了纳米级尺寸,短沟道效应与高频高速寄生效应等问题的出现使得传统的集成电路技术越来越难以满足电子工业发展的要求,尤其是日益严重的电路功耗问题带来的挑战已经成为延续摩尔定律的最大障碍。为解决目前IC发展道路上遇到的功耗限制问题,学术界提出了一种PIN型隧穿场效应管来代替现有MOSFETs技术,由于其可实现比传统CMOS器件更陡峭的亚阈值特性,目前已成为了研究热点。本文正是围绕这一热点问题所展开的研究。通过将隧穿晶体管原理(带带隧穿)与MOSFET管的工作原理(载流子的扩散与漂移)进行比对,得出二者的优缺点。本文以隧穿场效应晶体管为研究对象,详细的分析了器件的工作机制,改进器件的结构参数,并且提出了改善器件输出转移特性的新型隧穿晶体管器件结构。具体研究方法和成果主要包括隧穿场效应管器件工作机理及基本输出转移特性研究。在分析构成PIN隧穿场效应管基本结构的基础上,利用Silvaco软件的TCAD工具,深入系统地研究了其工作原理和基本输出转移特性。研究结果表明,基于PIN结构的隧穿场效应晶体管利用带带隧穿原理,通过栅极电压调节势垒区的能带结构,进一步增大载流子隧穿几率,最终实现器件工作状态的改变。基于隧穿场效应管的工作机制,提出并采用分区求解不同区域电场、电势的方法,探讨了源区、漏区、本征区掺杂浓度、绝缘层介电常数等器件物理参数对输出转移特性的影响。并对隧穿场效应晶体管的结构参数进行了优化。利用Silvaco Atlas分析了器件的结构参数与器件电学特性的关系,提出了隧穿场效应晶体管的性能优化方案。通过采用高掺杂浓度的源区、低掺杂浓度的漏区,使用高介电常数和低介电常数的混合绝缘层材质、PI结势垒区平行于栅极金属边缘,利用金属源区等等措施使得隧穿场效应管的电学特性表现最佳。综上所述,本论文对隧穿场效应晶体管做了细致深入的研究,并针对这种器件存在的问题提出结构改进方案,对于提升隧穿场效应晶体管的工作特性具有一定意义。
【关键词】：隧穿场效应晶体管 隧穿几率 亚阈值摆幅
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 引言9-12
• 1.2 论文课题研究的意义12
• 1.3 本课题的主要工作12-14
• 第2章 传统半导体晶体管的简介14-19
• 2.1 PN二极管的结构和工作原理14-15
• 2.1.1 PN二极管的基本结构14
• 2.1.2 PN二极管的基本工作原理14-15
• 2.2 MOSFET晶体管15-19
• 2.2.1 MOSFET的基础理论15
• 2.2.2 MOSFET管子的基本结构和工作原理15-16
• 2.2.3 MOSFET的亚阈值特性16-19
• 第3章 隧穿效应及TFET器件基本结构19-24
• 3.1 隧穿效应19
• 3.2 隧穿几率19-21
• 3.3 TFET基本结构21-24
• 第4章 TFET器件性能分析与结构优化24-51
• 4.1 源、漏、本征区浓度参数对电学特性的影响24-29
• 4.2 栅极宽度变化对隧穿场效应晶体管电学特性的影响29-34
• 4.3 使用不同介电常数绝缘材料对隧穿场效应晶体管进行优化34-40
• 4.4 PI结势垒区平行于栅极边缘对隧穿场效应晶体管性能的影响40-45
• 4.5 利用金属源区改进隧穿场效应晶体管的电学特性45-48
• 4.6 本章小结48-51
• 第5章 结论51-53
• 参考文献53-56
• 在学研究成果56-57
• 致谢57

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