论文部分内容阅读
近年来集成电路技术的快速发展使得传统CMOS工艺在特性上面临自身的极限,功耗问题日益突出。而隧穿场效应晶体管借助于与传统MOSFET不同的工作机制——带间隧穿机制,能够在室温下,获得低于传统MOSFET的亚阈值摆幅极限值60 mV/dec,能够降低器件的功耗。本论文就隧穿场效应晶体管的主流TCAD仿真模型和基于非平衡Green函数方法的量子输运边界方法(QTBM)进行了介绍。用这些工具研究了隧穿方向和附加栅对隧穿电流的影响。第一章介绍研究背景和意义;第二章介绍基于WKB近似的带间隧穿模型;第三章介绍基于非平衡Green函数方法的量子输运边界方法(QTBM);第四章利用WKB模型研究了锗硅带间隧穿方向与隧穿产生率的关系;第五章利用量子输运边界方法研究了L型锑化镓/砷化铟异质结的栅电极对隧穿电流的影响;第六章是总结与展望。研究发现:(1)晶格方向[100]、[110]和[111]对间接带间隧穿产生率的影响不大;(2)对于硅来说,间接带间隧穿产生率要高于直接带间隧穿产生率,而对于锗来说,则是直接带间隧穿产生率要高于间接带间隧穿产生率;(3)在锗硅隧穿场效应晶体管中,当漏源电压增加时,带间隧穿方向逐渐从水平过渡到垂直,从沟道中的硅过渡到源区中的锗,且带间隧穿面积逐渐增大,带间隧穿产生率也逐渐增高,使得带间隧穿电流逐渐增大;(4)对于锗来说,直接带间隧穿电流要高于间接带间隧穿电流,尤其是在栅源电压较大的情况下,该差距更明显;(5)在L型锑化镓/砷化铟异质结隧穿场效应晶体中,附加栅结构能把改进前的88.78 mV/dec的亚阈值摆幅降低到改进后的39.15 mV/dec,且该器件的亚阈值摆幅对于位置比长度更加敏感;(6)对于增加了栅极的长度(即成为L型栅极)和降低了沟道厚度的器件,附加栅结构仍能降低这些器件的亚阈值摆幅,但L型的栅极似乎不利于附加栅结构。总的来说,附加栅结构对于降低隧穿器件的亚阈值摆幅还是可行的。