【摘 要】
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隧穿场效应晶体管(TFET, Tunnel field effect transistor)由于其能够实现低于60mV/dec的亚阈值摆幅(SS, Subthreshold swing)而在低功耗集成电路领域有着广阔的应用前景。但其开态电流比之传统的MOS晶体管低了2-4个数量级,限制了它的发展。采用纵向的线隧穿结构可以有效地改善这一缺陷,但同时也带来了较大的关态漏电。本文提出了一种基于锗硅异质结
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隧穿场效应晶体管(TFET, Tunnel field effect transistor)由于其能够实现低于60mV/dec的亚阈值摆幅(SS, Subthreshold swing)而在低功耗集成电路领域有着广阔的应用前景。但其开态电流比之传统的MOS晶体管低了2-4个数量级,限制了它的发展。采用纵向的线隧穿结构可以有效地改善这一缺陷,但同时也带来了较大的关态漏电。本文提出了一种基于锗硅异质结的对称结构异质金属栅的线隧穿晶体管(LTFET,Line TFET)。比之单一材料金属栅的LTFET,这种异质金属栅的引入将器件的关态泄漏电流降低了3个数量级,并且得到了更陡峭的亚阈值特性,而同时开态电流并没有造成损失。这是一种纵向垂直隧穿的TFET,沟道包括中间位置的pocket区域和两边对称的gap区域,gap区域将pocket与漏端drain连接起来。两种不同功函数的栅极材料分别用来控制pocket区域和gap区域。本文通过对器件不同工作状态下的能带进行仿真和分析,证明了以上性能的提升得益于异质栅对pocket区域和gap区域的横向能带的调制效应,从而产生了一个局部的电子势垒,减小了电子被漏端收集的概率。在此基础上,我们研究了器件的结构参数对性能的更多影响,包括两种栅极材料之间的功函数匹配问题,沟道gap区域的掺杂类型及其掺杂浓度。用仿真与理论计算相结合,其结果表明,通过对异质栅材料的功函数的谨慎选择以及沟道gap区域的掺杂浓度的优化,可以使得该区域成为全耗尽状态,从而最大程度地抑制管子的关态漏电。
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