随着集成电路的发展,当今超大规模集成电路工艺中的核心器件仍为基于漂移扩散物理机理的场效应晶体管。然而,随着器件特征尺寸不断缩小,存在的短沟道效应、栅氧隧穿效应及其他非理想效应,使其亚阈值摆幅(SS)在常温下高于60mV/dec,由此增加了集成电路的部分静态功耗。为此,研究者们提出了隧穿场效应晶体管(TFET),TFET基于载流子隧穿的机制,理论上SS可低于60mV/dec,有望应用于低功耗集成电路。但传统TFET想要得到应用仍面临某些问题,如源区和沟道之间需要突变的隧穿结以提升开态电流、载流子隧穿几率的不足使得开态电流较低、反向栅压下存在双极性电流等。针对TFET不理想的电学特性,本文对传统TFET做出结构上的优化设计,仿真分析了不同结构下器件的物理机理与电流变化趋势。为避免传统TFET结构的物理掺杂,研究者提出了基于电学掺杂的TFET。本文结合TFET结构优化和电学掺杂优势,提出一种新型的电学掺杂线隧穿场效应晶体管。通过栅极结构优化,使得载流子发生线隧穿以提升开态电流。本文研究的基本内容如下:(1)在传统TFET研究的基础上,对电学掺杂TFET进行分类与研究,研究了基于电荷等离子体(CP)实现电学掺杂的物理机理。(2)针对TFET不理想的开态电流,通过栅极结构的优化,研究在不同栅极覆盖源区结构下器件开态电流的增长情况,以及不同器件参数对其开态电流的影响。针对TFET固有的双极性电流,研究在不同栅极结构与漏区掺杂类型下对双极性电流抑制情况。对基于高斯掺杂漏区TFET结构,进一步研究了不同的结构参数对其双极性电流抑制作用。(3)针对目前TFET需要物理掺杂实现突变结,研究了基于CP实现电学掺杂的TFET(CP TFET)。CP TFET通过在源漏区覆盖特定功函数的金属,在轻掺杂或者不掺杂半导体沟道内形成TFET的有源区。为克服CP TFET开态电流的不足,我们将传统CP TFET中对称的双栅结构优化为非对称双栅结构,得到了一种新型电荷等离子体线隧穿场效应晶体管(CP LTFET)。CP LTFET能够在相同的器件尺寸下实现更大的线隧穿面积与隧穿几率,从而提高了开态电流。对CP LTFET进行了物理机理与结构参数的仿真分析,发现了其与比传统结构相比,开态电流提升的同时不易受器件材料与参数的局限,电学特性更优。我们将传统无结型的轻掺杂沟道变为PN结,提出了一种基于PN结沟道的CP源区线隧穿场效应晶体管(CPS LTFET)。CPS LTFET通过漏区掺杂而减少了淀积金属使用的种类,通过栅极结构优化去提升开态电流和抑制双极性电流。综上所述,本文在TFET基础上,首先研究了基于CP实现在不掺杂半导体中的电学掺杂。针对TFET的电学特性,讨论不同栅极结构对于提升器件开态电流与抑制双极性电流的影响,提出了能够提升开态电流和有效降低双极性电流的器件结构。最后,在TFET的电学掺杂和优化结构的基础上,提出一种能够在CP TFET中发生载流子线隧穿的新型器件结构。运用仿真工具分析不同结构下器件参数对于电学特性的影响,从多方面优化器件性能。将传统CP TFET中无结型的沟道替换为PN结,通过优化栅极结构,得到了一种基于PN结沟道的CP源区线隧穿场效应晶体管(CPS LTFET)。总的来说,我们对基于电学掺杂TFET的研究为后续相关工作提供了某些指导。