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随着MOSFET尺寸的不断减小,芯片的集成度不断提高、开关速度不断加快。同时,MOSFET尺寸不断减小要求电源电压及阈值电压不断降低,由于MOSFET的亚阈值摆幅具有60mV/decade的理论极限值,当MOSFET尺寸减小至纳米量级后会具有较高的关态电流,进而产生较大的静态功耗。较之于MOSFET,隧穿场效应晶体管(TFET)由于以带带隧穿机理作为器件的工作机制,可以获得低于60mV/decade的亚阈值摆幅,因此具有较低的关态电流,从而非常有潜力应用于超低功耗集成电路。然而,传统隧穿场效应晶体管也面临着存在双极性电流和开态电流比较小两大挑战。以N型隧穿场效应晶体管为例,在正栅压条件下,带带隧穿主要发生在源区和沟道区之间,当施加负栅压时,漏区和沟道区之间的隧穿结也能发生带带隧穿,此时的隧穿电流称为双极性电流,这种双极性电流是电路设计所不希望存在的。另外,与传统MOSFET的漂移扩散机制相比,带带隧穿的效率较低,因此隧穿场效应晶体管的开态电流较小。针对隧穿场效应晶体管面临的存在双极性电流和开态电流比较小这两大问题,本文对传统隧穿场效应晶体管进行优化设计,提出了新型的器件结构。一方面,为了解决隧穿场效应晶体管存在双极性电流的问题,本文提出了一种新颖的阶梯形栅结构隧穿场效应晶体管(SSG-TFET)。通过采用阶梯形栅结构来调节沟道区和漏区界面附近的电势及能带,使得沟道区和漏区界面附近的能带变缓,隧穿距离变大,从而抑制双极性电流。本文将该结构与传统双栅隧穿场效应晶体管及两种已有抑制双极性电流的器件结构进行对比,对比结果表明这种新型器件结构明显得抑制了双极性电流,并且抑制效果优于已有的两种结构,本文还分析了SSG-TFET抑制双极性电流的物理机制。此外,本文研究了栅结构参数对抑制双极性电流效果的影响,结果表明漏区氧化层厚度存在最优值使得双极性电流最小,进一步地,讨论了器件结构参数对最优漏区氧化层厚度的影响。另一方面,针对隧穿场效应晶体管开态电流比较小的问题,本文提出了一种新型具有倒T形栅结构的线隧穿场效应晶体管(RT-TFET)。RT-TFET利用了线隧穿的原理,采用倒T形栅及左右两个源区结构能显著增大带带隧穿区域的面积,从而获得较大的开态电流。仿真结果表明,与传统TFET相比,这种RT-TFET的开态电流提升了三个数量级,并且有着较理想的亚阈值摆幅。最后,还研究了器件结构参数及掺杂浓度对RT-TFET性能的影响,为RT-TFET的优化设计提供了指导。总的来说,本文针对TFET面临的存在双极性电流及开态电流比较小的问题,对TFET进行优化设计,提出了新型的器件结构,实现了器件性能的提升。