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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器件转移特性仿真结果进行分析和总结,归纳器件材料结构参数对其转移特性影响的规律性,用于指导器件的优化设计:对栅介质材料、栅电极材料及其参数等因素的优化筛选,选出高介电常数和厚度较薄(2nm)的Hf O2材料作为栅介质层,较高功函数的金属材料作为栅电极,可使硅基IBTFET的亚阈值摆幅SS降至理想情况以下,关态电流密度显著降低。对于Ga N基IBTFET结构,基于其带内隧穿原理,使用TCAD仿真工具模拟出器件的三维结构和转移特性,对仿真结果进行分析和对比总结。归纳器件材料结构参数对其电学性能影响的规律性,用于指导器件的优化设计。根据当前结果存在的问题及所归纳的规律性,提出相应的优化措施。值得注意的是,Ga N基IBTFET纤锌矿结构的氮化物材料沿c/(?)晶向的极化特性对电子的带内量子输运具有明显的非对称影响。一种解决方法是通过控制纳米线Al Ga N/Ga N异质结中Al组分的变化来调节极化场强度,从而控制载流子的隧穿几率。之后对Al Ga N区掺杂浓度和漏极电压的大小进行优化,使得对Ga N基IB TFET的转移特性的改善得到了较为良好的效果。最后对硅基IBTFET和Ga N基IBTFET进行对比分析,总结出各自的优缺点。