隧穿場效應晶體管中聲子及缺陷Zener輔助隧穿效應的研究.pdf

1、低能耗的隧穿場效應晶體管(TFETs)作為傳統(tǒng)金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFETs)的潛在替代者而受到人們廣泛關注.與MOSFETs不同，TFETs的工作原理是載流子的Zener隧穿機制，因此，在室溫下不受60mV/decade亞閾值擺幅(SS)的限制.然而，由于缺陷和聲子輔助隧穿作用，現(xiàn)實中很難獲得陡峭的SS和比較大的開態(tài)電流.禁帶中的缺陷態(tài)作為價帶到導帶隧穿的跳板增加了開態(tài)電流的同時也增加了漏電流，進而降低了器件的性能.

2、本文基于有效質量近似，分別研究了直接帶隙和間接帶隙半導體中的Zener隧穿以及缺陷的影響.主要研究內容和所得結果概括如下:
　　(1)直接帶隙半導體中的Zener隧穿.采用修正的轉移矩陣方法，討論了單層MoS2納米帶中的Zener隧穿電流以及缺陷的影響.與Kane方法的結果對比顯示，修正過后的轉移矩陣方法對于二維正弦靜電勢模型同樣適用.不同于導帶間的隧穿，缺陷態(tài)引起的Zener共振隧穿較為復雜，共振隧穿能級難以確定.另外,數(shù)值計算

3、結果與精確的第一性原理結果符合的很好，缺陷確實可以在不改變SS的情況下，增加器件的開啟電流.缺陷勢阱對Zener隧穿的影響與共振隧穿能級和缺陷的位置有關，與具體的缺陷勢阱寬度和深度取值關系不大，當能級靠近導帶底或價帶頂，或者缺陷位置靠近n-端或p-端時，缺陷對電流的貢獻減小.
　　(2)聲子輔助Zener隧穿.通過費米黃金規(guī)則給出了一個計算間接帶隙半導體中聲子輔助Zener隧穿電流密度的公式.結果顯示，相比于其他聲子模，橫聲學聲子

4、模在硅的聲子輔助Zener隧穿過程中起主要作用.由于轉移矩陣方法考慮了反射波的耦合作用以及價帶頂和導帶底的波矢差別，其電流密度要略大于WKB方法的計算結果.但是，由于高估了價帶與導帶之間的耦合效應，導致本文了的計算結果比Kane模型大一個數(shù)量級左右.
　　(3)缺陷存在的聲子輔助Zener隧穿.分析了間接帶隙半導體中缺陷位置、缺陷勢阱深度以及缺陷濃度等對隧穿電流密度的影響.與直接Zener隧穿模型不同，聲子輔助Zener隧穿模型中

5、電流密度隨溫度的升高而略有增加;輸運電子曲線有兩個隧穿共振峰，分別對應于電子發(fā)射和吸收一個聲子達到缺陷態(tài)能級發(fā)生的共振隧穿.結果顯示，缺陷位置靠近n-端以及深能級缺陷對低偏壓和低電場強度時的電流密度影響大，增加了器件的SS;當缺陷位置靠近p-端時，增加了器件的開啟電流，淺能級缺陷則對器件電流的影響不大.另外,缺陷濃度每增加一個數(shù)量級，低電場強度的總電流密度也增大十倍左右，而高電場強度的電流密度基本不變，從而增大了器件的SS.