一種源端由InAs材料摻雜的雙柵隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研究.pdf

1、隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFET)是作為傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的潛在替代者所提出來(lái)的，其工作機(jī)制為帶帶隧穿，這與MOSFET器件的載流子漂移-擴(kuò)散（drift-diffusion）機(jī)制截然不同。從TFET器件的工作原理來(lái)看，該器件的驅(qū)動(dòng)電流與溫度的關(guān)系并不是指數(shù)關(guān)系，因此亞閾值電流不受限制于熱載流子的熱分布，故它能成功打破MOSFET器件60mV/dec的亞閾值斜率(SS: sub-threshold swing)

2、的限制，從而減小了器件的關(guān)態(tài)電流，降低器件開(kāi)啟電壓的同時(shí)也使器件的靜態(tài)功耗得到降低。然而TFET器件存在驅(qū)動(dòng)電流低和雙極效應(yīng)的問(wèn)題，而且目前對(duì)于TFET器件交流特性的研究也有待進(jìn)一步深入。針對(duì)其不足，本文主要研究了一種把InAs作為源端材料的新型雙柵隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管(InAsDGTFET)，研究具體內(nèi)容主要包括該器件的直流電學(xué)特性、交流特性及其穩(wěn)定性。
　　本文首先在TCAD-ATLAS軟件中建立了InAsDGTFET器件的結(jié)構(gòu)，

3、并利用該軟件對(duì)該器件的直流電學(xué)特性進(jìn)行了仿真并把仿真結(jié)果與傳統(tǒng)DGTFET器件作了對(duì)比分析。通過(guò)優(yōu)化InAsDGTFET器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終仿真得到的驅(qū)動(dòng)電流高達(dá)1.09×10-3A/μm，開(kāi)關(guān)比可以達(dá)到1010而遠(yuǎn)高于106。此外軟件仿真獲得的的SS為30mV/decade左右，這也遠(yuǎn)遠(yuǎn)打破了MOSFET的SS不能小于60mV/dec的弊端。本文同樣研究了包括源端、漏斷和溝道在內(nèi)的有源區(qū)的摻雜濃度，柵功函數(shù)以及體硅厚度的變化對(duì)器件性能

4、的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):源端的摻雜濃度越大，驅(qū)動(dòng)電流越大而且閾值電壓Vth和SS都會(huì)越來(lái)越小，漏端的摻雜濃度主要影響器件的雙極性，而溝道連接了源端和漏端，因此溝道的摻雜對(duì)于驅(qū)動(dòng)電流和關(guān)態(tài)電流都有影響。隨著柵功函數(shù)的降低，驅(qū)動(dòng)電流不斷變大，但是考慮到柵功函數(shù)低于某個(gè)值時(shí)，未加?xùn)艍簳r(shí)器件有可能已經(jīng)有隧穿發(fā)生，因此不能為了更大的隧穿電流而使得柵功函數(shù)無(wú)限降低。最后，隨著體硅厚度T。i的逐漸遞增，該器件的隧穿電流也在逐漸減小。
　　最后，研究了

5、InAsDGTFET器件的交流特性和穩(wěn)定性。在建立了一種n型非準(zhǔn)靜態(tài)小信號(hào)等效電路模型的基礎(chǔ)上，在該器件中分離出了隧穿電阻(Rt)和溝道電阻(Rc)。之后，研究了InAsDGTFET的射頻特性，主要討論了柵電容Cgd、Cgs、Cgg隨著外加電壓的變化規(guī)律以及得出了兩個(gè)頻率fT和fmax可以達(dá)到的值及其變化規(guī)律，通過(guò)計(jì)算所研究器件的穩(wěn)定因子，來(lái)研究該器件是否可以無(wú)條件的保持穩(wěn)定狀態(tài)。最后，當(dāng)頻率高達(dá)約300GHz時(shí)，從模型和仿真中得到的Y