隧穿场效应管的建模与仿真

隧穿场效应管的建模与仿真

随着微电子技术地不断发展,传统集成电路技术在器件微型化方面的发展遇

到瓶颈,并且器件功耗问题也日渐严重。传统集成电路中多用MOSFET,而MOSFET 器件由于其工作原理的限制,亚阈值摆幅（SS）不能低于60mV/dec,同时短沟道

效应也限制了器件尺寸的进一步减小。

近年来新发现的隧穿场效应管（TFET）被认为是取代MOSFET的理想器件之一,TFET利用电子在不同子带间的量子隧穿效应产生沟道电流,因此TFET的亚阈值摆幅可以小于60mV/dec,同时在一定程度上抑制了短沟道效应。本文的主要内

容分为四部分:第一部分为论文第一、二章。

首先从器件结构和工作原理两方面对比了TFET和传统MOSFET的不同。然后研究了石墨烯纳米带的物理特性,因为石墨烯纳米带具有尺寸小、厚度薄、电子

迁移率高和带隙窄等优点,所以将其作为后文提出器件的沟道材料。

最后介绍了仿真软件NanoTCAD的使用方法,以及网格划分的规则。第二部分为论文第三章。

提出了一种同质结双栅石墨烯纳米带TFET,在源极和沟道之间插入一个重N 型掺杂T区域,并在漏极考虑递增掺杂。然后研究了双栅结构、T区域长度、栅

极对齐、栅氧层介电常数和漏极掺杂浓度对器件性能的影响。

最后针对研究结果对器件参数进行优化,优化后的结构与标准PIN结构TFET 相比,器件开态电流有较大提高,泄漏电流和亚阈值摆幅明显降低,器件性能得到

了很大提升。第三部分为论文第四章。

提出了一种无结复合栅石墨烯纳米带TFET,器件本身无需物理掺杂,利用在

复合栅施加不同栅压实现P型或N型掺杂的效果。因为该器件不需要使用物理掺

杂的手段或者异质结结构,所以可以避免物理掺杂在带隙内引入的掺杂状态,以及异质结结构的异质结交界状态对器件性能的不良影响。

在该器件中设计了高K和低K介质交错的栅氧层结构,提高了器件的隧穿几率,从而增强了器件的驱动能力。同时对不同栅极之间的间隙大小

L_GAP,S、L_GAP,D进行参数优化,使得优化后的器件具有最大的开关电流比。

第四部分为论文第五章,是对全文的总结,同时交代了科研工作中存在不足以及对未来工作的展望。