超低功耗陡峭亚阈值摆幅场效应晶体管理论研究
发布时间：2023-02-23 17:14
伴随摩尔定律的发展,单个芯片上器件尺寸不断缩小。但是,由于玻尔兹曼限制(Boltzmann tyranny),金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的工作电压(VDD)不能与器件尺寸等比例缩小。近十几年,vDD一直维持在0.7V～1V范围内。因此,伴随单个芯片上器件集成度的提高,功耗成为限制集成电路发展的关键问题。总功耗包含静态功耗与动态功耗,若要解决功耗问题,就需要在降低VDD的同时保持较小的关态电流(IOFF),即较高的电流开关比(ION/IOFF)与陡峭的亚阈值摆幅(SS)。因此,本文主要围绕有望实现低功耗的器件,即隧穿场效应晶体管(TFET)、压电场效应晶体管(Piezo-FET)、负电容场效应晶体管(NC-FET)进行理论研究,主要内容与结果如下:常规器件结构锗锡/硅锗锡(GeSn/SiGeSn)异质结TFET(hetero-TFET)的性能研究。本文基于晶格匹配的GeSn/SiGeSn形成的Ⅱ型异质结,对常规结构的hetero-TFET器件性能进行分析并研究其背栅效应。得到结论如下:(1)常规结构的N型和P型hetero-TFET具备较为对称的器件性能,有望实...
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 CMOS发展瓶颈问题:功耗
1.2 Beyond CMOS
1.3 Beyond CMOS器件研究进展
1.3.1 TFET研究进展
1.3.2 Piezo-FET研究进展
1.3.3 NC-FET研究进展
1.3.4 小结
1.4 本文的主要创新点
1.5 本文的组织架构
第二章 GeSn/SiGeSn异质结TFET研究
2.1 引言
2.2 GeSn/SiGeSn异质结
2.2.1 晶格匹配的GeSn/SiGeSn
2.2.2 GeSn/SiGeSn能带参数
2.2.3 小结
2.3 动态隧穿模型
2.4 GeSn/SiGeSnⅡ型异质结TFET
2.4.1 器件结构
2.4.2 器件性能分析
2.4.3 小结
2.5 GeSn/SiGeSnⅡ型异质结TFET中背栅效应
2.5.1 器件结构
2.5.2 器件特性分析
2.5.3 小结
2.6 GeSn/SiGeSn异质结Line TFET
2.6.1 器件结构设计
2.6.2 器件性能分析
2.6.3 小结
2.7 本章小结
第三章 应变GeSn FinTFET理论研究
3.1 引言
3.2 应变GeSn能带计算
3.2.1 应变矩阵的计算
3.2.2 k·p微扰理论
3.2.3 应变GeSn能带
3.2.4 小结
3.3 应变GeSn FinTFET器件性能分析
3.3.1 N型应变GeSn FinTFET
3.3.2 P型应变GeSn FinTFET
3.3.3 小结
3.4 本章小结
第四章 Peizo-FinFET理论研究
4.1 引言
4.2 Piezo-FinFET器件中的应力应变
4.2.1 压电材料性质
4.2.2 Piezo-FinFET器件结构设计
4.2.3 应力应变理论模型推导
4.2.4 小结
4.3 SS理论模型及影响因素
4.3.1 SS理论模型推导
4.3.2 SS影响因素分析
4.3.3 小结
4.4 压电FinFET器件SS性能分析
4.4.1 晶向影响分析
4.4.2 结构参数影响分析
4.4.3 SS品质因子
4.4.4 小结
4.5 本章小结
第五章 NC-FET理论研究
5.1 引言
5.2 栅介电层电容Cins分析
5.2.1 铁电材料性质
5.2.2 Cins影响因素
5.2.3 Cins对器件性能的影响
5.2.4 小结
5.3 NC-FET器件性能分析
5.3.1 数值计算方法
5.3.2 计算结果分析
5.3.3 小结
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3748410
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 CMOS发展瓶颈问题:功耗
1.2 Beyond CMOS
1.3 Beyond CMOS器件研究进展
1.3.1 TFET研究进展
1.3.2 Piezo-FET研究进展
1.3.3 NC-FET研究进展
1.3.4 小结
1.4 本文的主要创新点
1.5 本文的组织架构
第二章 GeSn/SiGeSn异质结TFET研究
2.1 引言
2.2 GeSn/SiGeSn异质结
2.2.1 晶格匹配的GeSn/SiGeSn
2.2.2 GeSn/SiGeSn能带参数
2.2.3 小结
2.3 动态隧穿模型
2.4 GeSn/SiGeSnⅡ型异质结TFET
2.4.1 器件结构
2.4.2 器件性能分析
2.4.3 小结
2.5 GeSn/SiGeSnⅡ型异质结TFET中背栅效应
2.5.1 器件结构
2.5.2 器件特性分析
2.5.3 小结
2.6 GeSn/SiGeSn异质结Line TFET
2.6.1 器件结构设计
2.6.2 器件性能分析
2.6.3 小结
2.7 本章小结
第三章 应变GeSn FinTFET理论研究
3.1 引言
3.2 应变GeSn能带计算
3.2.1 应变矩阵的计算
3.2.2 k·p微扰理论
3.2.3 应变GeSn能带
3.2.4 小结
3.3 应变GeSn FinTFET器件性能分析
3.3.1 N型应变GeSn FinTFET
3.3.2 P型应变GeSn FinTFET
3.3.3 小结
3.4 本章小结
第四章 Peizo-FinFET理论研究
4.1 引言
4.2 Piezo-FinFET器件中的应力应变
4.2.1 压电材料性质
4.2.2 Piezo-FinFET器件结构设计
4.2.3 应力应变理论模型推导
4.2.4 小结
4.3 SS理论模型及影响因素
4.3.1 SS理论模型推导
4.3.2 SS影响因素分析
4.3.3 小结
4.4 压电FinFET器件SS性能分析
4.4.1 晶向影响分析
4.4.2 结构参数影响分析
4.4.3 SS品质因子
4.4.4 小结
4.5 本章小结
第五章 NC-FET理论研究
5.1 引言
5.2 栅介电层电容Cins分析
5.2.1 铁电材料性质
5.2.2 Cins影响因素
5.2.3 Cins对器件性能的影响
5.2.4 小结
5.3 NC-FET器件性能分析
5.3.1 数值计算方法
5.3.2 计算结果分析
5.3.3 小结
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3748410
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