源漏可互换双向开关肖特基势垒隧穿场效应晶体管的研究
发布时间：2021-09-12 17:52
伴随半导体技术的不断发展成熟,对作为大型集成电路基本单元的晶体管提出了更高的要求。摩尔定律表明了,随着半导体产业的发展需求,器件的尺寸会不断缩小。直到今天微电子技术已经达到了纳米级别,但等比例缩小到纳米级尺寸时带来了很多负面效应。例如MOSFET尺寸减小的同时势必会使沟道长度变小,由此带来更加明显的短沟道效应。而且集成电路的功耗限制和MOSFET晶体管的亚阈值摆幅在常温条件下无法低于60m V/dec这两个问题,也使得MOSFET器件越来越难以满足当今的需求。传统的隧穿场效应晶体管（TFET）是在P型和N型半导体材料之间增加一层低掺杂本征半导体的基础上形成的。与金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）相比,TFET具有高灵敏度和低静态功耗的优点。普通隧穿场效应晶体管与MOSFET的导通原理不同,它通过载流子的隧穿机制进行工作。这种工作机制能够使TFET拥有更低的亚阈值摆幅,不再受到常温下MOSFET型器件亚阈值摆幅始终不能低于60mV/dec的限制。因为亚阈值摆幅直接影响到器件的开关性能,所以在器件开关性能这方面隧穿场效应晶体管要优于MOSFET晶体管。但是由于隧穿场效应晶体管受到...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
第一个锗晶体管Fig.1.1Firstgermaniumtransistor
第2章传统晶体管介绍7图2.1N沟道增强型MOSFET的结构图Fig.2.1Basicstructureofn-channelenhancedMOSFET2.1.2MOSFET晶体管工作原理N沟道增强型MOSFET：当无电压施加在栅极上（VGS=0V）的时候，两个N+区分别和P衬底形成了两个p-n结。因为MOSFET是源漏可以相互对调的对称结构，所以无论是左侧N+区作为源极，右侧N+区作为漏极，还是左侧N+区作为漏极，右侧N+区作为源极，都可以使MOSFET正常工作。因此无论在源极和漏极之间加正向电压还是反向电压，两个p-n结必然有一个是正偏状态，一个是反偏状态[22]。位于源极的p-n结正偏，位于漏极的p-n结反偏。源极和漏极之间相当于两个背对背的二极管连接在一起，所以，管子总是截止的，不会产生电流。当一个正电压施加在栅极上（VGS>0V）时，会产生由栅极指向衬底的纵向电场，电场会将靠近栅极的P区的多数载流子（空穴）向下排斥，将P区的少数载流子（电子）聚集到P区的表面，形成与多数载流子极性相反的“反型层”。当VGS电压太低时，聚集到P区表面的电子较少，会被P型衬底中的多数载流子（空穴）中和掉，因此这时的漏极和源极之间的电流ID仍然为0。持续增加VGS，当VGS达到一定值时，聚集到P区表面的电子会把两个分离的N+区连通在一起，形成N导电沟道，此时施加的VGS电压称作阈值电压，阈值电压用符号VT表示（通常在漏极电流达到10uA时的栅源电压作为阈值电压）[23]。此时源区和漏区会被导电沟道连通，N型半导体的多数载流子—电子通过沟道从源极流向漏极，在VDS的作用下漏极和源极之间的电流ID开始出现，MOSFET开始工作。若继续增加VGS，电子会在P区表面继续积累，导致导电沟道会越来越宽，沟道的电阻随之降低，在相同的源漏电压VDS作用下，漏极电流ID越大
沈阳工业大学硕士学位论文8增强型MOSFE。一般情况下提到的MOSFET主要是N沟道增强型。MOSFET的输出特性曲线如图2.3所示。N沟道耗尽型MOSFET：当VGS=0时漏极电流ID≠0，称这种结构的MOSFET为耗尽型。耗尽型与增强型的主要差别是耗尽型MOSFET在SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，这样一来就使得P区的表面上感应出的电子要比增强型MOSFET高很多。因此当栅极电压等于零时，这些正离子就已经能够在P型半导体的表面形成反型层沟道。所以耗尽型MOSFET在栅极电压等于0时，只要提供VDS也会有一定程度的漏极电流产生。使漏极电流等于零时的栅极电压，称为夹断电压，用VP表示。当VGS=VP时沟道消失。P沟道型MOSFET：PMOS与NMOS的工作原理相同，不同的是导电的载流子类型和施加电压极性。PMOS的源极和漏极为P型掺杂，衬底为N型半导体。当PMOS的栅极电压VGS为负值时，N型衬底中的少数载流子空穴会被吸引到N型衬底的表面形成反型层沟道，空穴可以从源极流向漏极。a增强型NMOSFET转移特性曲线b耗尽型NMOSFET转移特性曲线图2.2MOSFET转移特性曲线Fig.2.2MOSFETtransfercharacteristiccurve
【参考文献】：
期刊论文
[1]微电子技术的发展与应用研究[J]. 于功成. 硅谷. 2008(08)
[2]微电子技术的进展与挑战[J]. 林鸿溢,李映雪. 世界科技研究与发展. 1999(04)
本文编号：3394673
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
第一个锗晶体管Fig.1.1Firstgermaniumtransistor
第2章传统晶体管介绍7图2.1N沟道增强型MOSFET的结构图Fig.2.1Basicstructureofn-channelenhancedMOSFET2.1.2MOSFET晶体管工作原理N沟道增强型MOSFET：当无电压施加在栅极上（VGS=0V）的时候，两个N+区分别和P衬底形成了两个p-n结。因为MOSFET是源漏可以相互对调的对称结构，所以无论是左侧N+区作为源极，右侧N+区作为漏极，还是左侧N+区作为漏极，右侧N+区作为源极，都可以使MOSFET正常工作。因此无论在源极和漏极之间加正向电压还是反向电压，两个p-n结必然有一个是正偏状态，一个是反偏状态[22]。位于源极的p-n结正偏，位于漏极的p-n结反偏。源极和漏极之间相当于两个背对背的二极管连接在一起，所以，管子总是截止的，不会产生电流。当一个正电压施加在栅极上（VGS>0V）时，会产生由栅极指向衬底的纵向电场，电场会将靠近栅极的P区的多数载流子（空穴）向下排斥，将P区的少数载流子（电子）聚集到P区的表面，形成与多数载流子极性相反的“反型层”。当VGS电压太低时，聚集到P区表面的电子较少，会被P型衬底中的多数载流子（空穴）中和掉，因此这时的漏极和源极之间的电流ID仍然为0。持续增加VGS，当VGS达到一定值时，聚集到P区表面的电子会把两个分离的N+区连通在一起，形成N导电沟道，此时施加的VGS电压称作阈值电压，阈值电压用符号VT表示（通常在漏极电流达到10uA时的栅源电压作为阈值电压）[23]。此时源区和漏区会被导电沟道连通，N型半导体的多数载流子—电子通过沟道从源极流向漏极，在VDS的作用下漏极和源极之间的电流ID开始出现，MOSFET开始工作。若继续增加VGS，电子会在P区表面继续积累，导致导电沟道会越来越宽，沟道的电阻随之降低，在相同的源漏电压VDS作用下，漏极电流ID越大
沈阳工业大学硕士学位论文8增强型MOSFE。一般情况下提到的MOSFET主要是N沟道增强型。MOSFET的输出特性曲线如图2.3所示。N沟道耗尽型MOSFET：当VGS=0时漏极电流ID≠0，称这种结构的MOSFET为耗尽型。耗尽型与增强型的主要差别是耗尽型MOSFET在SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，这样一来就使得P区的表面上感应出的电子要比增强型MOSFET高很多。因此当栅极电压等于零时，这些正离子就已经能够在P型半导体的表面形成反型层沟道。所以耗尽型MOSFET在栅极电压等于0时，只要提供VDS也会有一定程度的漏极电流产生。使漏极电流等于零时的栅极电压，称为夹断电压，用VP表示。当VGS=VP时沟道消失。P沟道型MOSFET：PMOS与NMOS的工作原理相同，不同的是导电的载流子类型和施加电压极性。PMOS的源极和漏极为P型掺杂，衬底为N型半导体。当PMOS的栅极电压VGS为负值时，N型衬底中的少数载流子空穴会被吸引到N型衬底的表面形成反型层沟道，空穴可以从源极流向漏极。a增强型NMOSFET转移特性曲线b耗尽型NMOSFET转移特性曲线图2.2MOSFET转移特性曲线Fig.2.2MOSFETtransfercharacteristiccurve
【参考文献】：
期刊论文
[1]微电子技术的发展与应用研究[J]. 于功成. 硅谷. 2008(08)
[2]微电子技术的进展与挑战[J]. 林鸿溢,李映雪. 世界科技研究与发展. 1999(04)
本文编号：3394673
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