具有双向开关特性的带带隧穿场效应晶体管的设计与研究

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根据摩尔定律的描述,随着集成电路技术的不断发展,晶体管的尺寸在不停的减小,集成度变高,性能提升。但在器件的尺寸等比例缩小的同时,各种不良效应也越发明显。如今的微电机发展已经进入了纳米级,MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为集成电路的基本单元,在器件尺寸缩小,沟道长度变短时会发生各种严重的短沟道效应。高集成度导致功耗增加,芯片内部温度随之升高,增加了整个系统的失效率。且由于MOSFET晶体管的导通机理,室温下其亚阈值摆幅难以突破60mV/dec的极限。隧穿场效应晶体管是基于量子力学量子带带隧穿的原理,使得隧穿器件的亚阈值摆幅可以突破60m V/dec的极限。隧穿场效应晶体管是以超薄的半导体薄片或纳米线为基础,实现比互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管的功耗降低约100倍。由于隧穿晶体管的P-I-N型结构使其无法代替源漏级可互换、双向导通性的MOSFET晶体管。本文提出了一种具有双向开关的特性的带带隧穿场效应晶体管(B-TFET)结构,该结构具有传统隧穿晶体管的低亚阈值摆幅和低功耗的特点,可以有效地抑制反向泄漏电流,同时具有MOSFET晶体管的结构对称性,实现双向开关特性。在本论文中,通过Silvaco TCAD半导体仿真软件对提出的具有双向开关特性的带带隧穿场效应晶体管进行仿真分析,分析了不同的器件参数改变对新提出的隧穿晶体管性能的影响并分析其影响机理,从而得出新隧穿晶体管的合理优化尺寸。同时提出了两种优化的结构,旨在节省芯片面积和提高器件的栅控能力。对未来的新型隧穿晶体管的设计有一定意义。
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