随着金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET)栅长缩小到45nm以下,受载流子波尔兹曼热分布限制的亚阈值摆幅(Subthreshold Swing, SS)严重影响了了MOSFET器件在相应的栅电压下的开关速率,导致MOSFET的漏电流随着电源电压的降低呈指数增长,从而静态功耗呈指数增长。隧穿场效应晶体管(Tunneling Field Effect Transistor, TFET)是作为MOSFET的潜在替代者而提出来的,它的工作原理与传统MOSFET有着根本的不同,MOSFET的工作原理是载流子的扩散漂移机制,而TFET器件的工作原理是带带隧穿机制。从工作原理上来看,由于TFET的开启电流与温度没有指数依赖关系,因此亚阂值电流不受载流子热分布的限制,可以实现比较小的SS,从而降低器件的工作电压,减小器件的关断电流,降低器件的静态功耗,因此TFET器件吸引了人们大量的目光。本论文利用器件仿真软件APSYS研究这种新型的可以应用在低功耗领域的TFET器件。论文的核心部分是对隧穿场效应晶体管的模拟研究,包括对横向隧穿场效应晶体管和纵向隧穿场效应晶体管的模拟研究,作为MOSFET的潜在替代者,早期的TFET器件主要是一个栅控的p-i-n结,带带隧穿发生的方向平行于栅介质,这里我们称这种TFET器件为LTFET。仿真和实验都已经证明这种器件的SS值可以低于60mV/dec。论文通过利用APSYS对LTFET的仿真研究,证实LTFET的工作原理是带带隧穿,而不是传统MOSFET中的扩散漂移原理,同时对影响LTFET电学特性的器件结构参数进行了仿真研究,证实薄的栅氧化层厚度,比较高的源区掺杂浓度等是提高LTFET开启电流的方法,本论文的模拟研究也证实了LTFET有可能达到比60mV/dec更小的SS,得到了一个大约为59mV/dec的SS数值。论文集中对VTFET进行了仿真研究,VTFET器件带带隧穿发生的方向是垂直于栅介质平面的。这篇论文对纵向隧穿场效应晶体管的APSYS模拟研究主要分为三个方面,使用的VTFET器件结构有两种,首先利用第一种结构研究了器件各种结构参数对转移特性和输出特性曲线的影响,提出了优化各项结构参数的方法,并展示出这种器件的SS可以达到nV/dec量级,具有很低的漏电流。然后研究了另一种VTFET结构中隧穿结和串联MOSFET的导通次序对VTFET亚阈值特性的影响,结果显示,隧穿结和串联MOSFET的导通次序对VTFET的亚阈值特性有重要影响,如果MOSFET先导通,则VTFET有比较小的SS,SS不受波尔兹曼热分布限制,如果隧穿结先导通,则VTFET的亚阈值摆幅严重退化,蜕变成MOSFET的亚阈值摆幅,受波尔兹曼热分布限制,而隧穿结和MOSFET的导通次序受器件结构中的n+重掺杂区的掺杂浓度以及厚度决定,仿真证明,n+重掺杂区的掺杂浓度以及厚度设计至关重要,论文提出了优化n+重掺杂区的掺杂浓度以及厚度设计的原则和方法,揭示VTFET的器件物理本质。论文最后对纵向隧穿场效应晶体管的阈值电压进行了探索性研究,首先得出了这种器件在不同条件下的阈值电压解析模型,然后利用APSYS仿真软件对这个阈值电压解析模型进行了简单的仿真验证。这是对TFET器件阂值电压解析模型的理论探讨,为研究TFET器件的阈值电压提供了一种可能,并为以后的研究提供了一个途径和参考。