新型隧穿场效应晶体管TFET的探究

发布时间：2023-02-05 14:33

　　基于量子隧穿原理的带-带隧穿场效应晶体管（BTB TFET）是Intel预测的未来晶体管发展方向之一,其独特的带-带隧穿机理以及源极区和漏极区相反的掺杂类型,使得BTB TFET器件在低功耗方面的性能更优。不过,当面向低压低功耗应用时,传统的带-带隧穿场效应晶体管面临着控制电压较高,亚阈值摆幅退化和由于寄生双极效应导致关态电流密度偏高的问题。而带内隧穿场效应晶体管（IB TFET）与BTB TFET器件相比,由于其电子输运无需跨越禁带,而是由势垒层一侧的导带隧穿势垒层进入另一侧的导带,以及结构上不要求源、漏区为相反掺杂类型,且被势垒层隔离,所以具有控制栅压较低、消除了寄生双极效应使得关态电流密度极低、及对制造工艺要求不甚苛刻等优点,可能有助于解决上述问题。为了解决这些问题,在本文中,基于硅基带内隧穿场效应晶体管（硅基IBTFET）和氮化镓基带内隧穿场效应晶体管（Ga N基IBTFET）系统地进行研究。在对硅基IBTFET进行研究时,首先根据硅基IBTFET的带内隧穿原理,设计隧穿仿真器件结构模型。然后使用TCAD仿真工具对IBTFET器件模型结构进行转移特性仿真,对所得IBTFET器件... 

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究的目的和意义
    1.2 国内外隧穿场效应晶体管的研究现状
        1.2.1 硅基TFET研究进展
        1.2.2 III-V族 TFET研究进展
        1.2.3 TFET器件工艺分析
    1.3 TFET器件面临的挑战
        1.3.1 双极效应
        1.3.2 开态电流密度小
        1.3.3 亚阈值摆幅退化
    1.4 本论文主要研究内容
第二章 TFET器件理论概述
    2.1 TFET器件的基本特性
        2.1.1 TFET的基本结构
        2.1.2 TFET的工作原理
        2.1.3 TFET的电学特性
    2.2 TFET的隧穿机理
        2.2.1 隧穿原理
        2.2.2 单势垒隧穿
        2.2.3 隧穿几率
    2.3 TFET器件的模拟方法
        2.3.1 仿真工具的介绍
        2.3.2 基本方程
        2.3.3 器件仿真模型
    2.4 本章小结
第三章 基于硅基材料的三维TFET性能分析
    3.1 硅基IBTFET结构的提出
    3.2 硅基IBTFET的工作原理
    3.3 硅基IBTFET器件转移特性的优化分析
        3.3.1 栅介质材料对硅基IBTFET转移特性影响
        3.3.2 栅极功函数对硅基IBTFET转移特性的影响
        3.3.3 GaN势垒区厚度对硅基 IBTFET 转移特性的影响
        3.3.4 漏极电压对硅基IBTFET转移特性的影响
    3.4 本章小结
第四章 基于Ga N基材料的三维TFET性能分析
    4.1 Ga N基 IBTFET器件基本特性
    4.2 GaN材料的极化效应
        4.2.1 GaN材料的自发极化和压电极化效应
        4.2.2 GaN基异质结构中的界面极化电荷的计算
    4.3 GaN基 IBTFET器件转移特性的优化分析
        4.3.1 Al组分变化对GaN基IBTFET转移特性的影响
        4.3.2 AlGaN区掺杂浓度对GaN基 IBTFET转移特性的影响
        4.3.3 漏极电压对GaN基 IBTFET转移特性的影响
    4.4 GaN基IBTFET与硅基IBTFET性能对比分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目



本文编号：3735141