隧穿场效应晶体管工艺与新结构的仿真分析

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1、隧穿场效应晶体管工艺及新结构的仿真研究作者姓名刘予琪指导教师姓名、职称李聪副教授申请学位类别工学硕士万方数据万方数据学校代码10701学号1311122728分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文隧穿场效应晶体管工艺及新结构的仿真研究作者姓名：刘予琪一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：李聪副教授学院：微电子学院提交日期：2015年11月万方数据万方数据SimulationResearchontheProcessandnewStructureo

2、ftheTunnelingFieldEffectTransistorAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMicroelectronicsandSolidStateElectronicsByLiuYuQiSupervisor:LiCongNovember2015万方数据万方数据西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人

3、声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作

4、的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：万方数据万方数据摘要摘要随着MOSFET器件的特征尺寸进入纳米尺度，短沟道效应对传统MOSFET器件的性能造成了严重影响，通过尺寸缩小来获得性能提升的方法变得越来越困难。近年来，一种基于量子隧穿机

5、理的场效应器件隧穿场效应晶体管（tunnelingfield-effecttransistor,TFET）被提出。理论上，TFET不仅可以有效抑制短沟道效应，还能突破传统MOSFET亚阈值摆幅（SubthresholdSwing）不能低于60mV/dec的限制，从而大幅度降低器件的开关功耗。因此TFET被认为是最具前景的超低功耗器件之一。TFET的亚阈值电流对隧穿结附近的缺陷非常敏感，因此离子注入等工艺过程产生的缺陷会对TFET器件的亚阈值摆幅特性产生严重影响。为了减小缺陷对TFET亚阈值特性的影响，本文主

6、要从工艺过程优化和器件结构设计两个方面展开研究。首先，利用TCAD工具分析了工艺参数对TFET器件特性的影响。研究表明，随着源区掺杂剂量的不断增大，中心浓度增加，隧穿电流增大；与横向扩散长度相比，纵向掺杂深度的增加对隧穿电流影响不大。此外，随着温度升高，饱和电流稳定提升。表明在恒定退火时间下，退火温度的提高有助于掺杂元素的激活。其次，分析了不同退火技术对硼离子间隙缺陷集群的修复能力，利用浓度曲线与薄膜电阻率反映缺陷集群的变化。结果表明，采用新型退火方法，薄膜电阻率明显下降，硼离子间隙缺陷集群（BIC）得到明

7、显的修复。最后，研究了栅沟道覆盖和Pocket掺杂对TFET性能的影响。结果表明，侧墙覆盖漏区会使开态电流减小，关断电流增加，并不会对其栅极泄漏电流起到影响；侧墙覆盖源区，器件开态电流增大，关断电流变化不大。此外，本文对传统的TFET结构进行了优化，设计了具有栅源覆盖和源区pocket器件结构的TCAD工艺实现方法；结果表明，随着栅极覆盖长度的增加，栅控能力增强，栅覆盖导致源区覆盖面积内的能带大幅弯曲，隧穿由点隧穿变为面积更大的线隧穿，亚阈值摆幅特性明显改善。添加源pocket结构后，整个晶体管的隧穿电流增

8、加，亚阈值摆幅有所降低。关键词：隧穿场效应晶体管，工艺模拟，离子注入，热退火，缺陷I万方数据西安电子科技大学硕士学位论文II万方数据ABSTRACTABSTRACTAsthefeaturesizeoftheMOSFETdevicecomeintonanometerscale,theshortchanneleffecthasseriousimpactontheperformanceofthetraditionalM