高开关电流比隧穿场效应晶体管器件机理与结构研究-硕士论文

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目高开关电流比隧穿场效应晶体管器件机理与结构研究学科专业微电子学与固体电子学学号201321030131作者姓名刘葳指导教师王向展副教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文高开关电流比隧穿场效应晶体管器件机理与结构研究（题名和副题名）刘葳（作者姓名）指导教师王向展副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子与固体电子学提交

2、论文日期2016.03论文答辩日期2016.05学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据INVESTIGATIONONMECHANISMANDNEWSTRUCTUREOFTUNNELING-FETSWITHHIGHION/IOFFAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSol

3、id-StateElectronicsAuthor:LiuWeiSupervisor:AssProf.WangXiangzhanSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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

4、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谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要随着MOSFET特征尺寸不断减小，器件短沟道效应等负面影响

5、日益加剧。传统MOSFET器件亚阈值摆幅由于受到KT/q的理论限制,已经接近60mV/dec的极限值而无法进一步减小。因此伴随着器件阈值电压降低，亚阈区泄漏电流却在不断地升高，器件的动态功耗也变得不可忽视，逐渐成为制约集成电路发展的重要因素。研制新型的低功耗器件是解决功耗问题的一条出路，基于带-带隧穿电流机制的隧穿场效应晶体管TFET，因其超低的亚阈值摆幅成为了研究的热点。根据计算，在室温下，TFET的亚阈值摆幅可以远低于60mV/dec，突破了MOSFET亚阈值摆幅的极限值，在低功耗领域拥有巨大的潜力

6、。尽管隧穿场效应晶体管的研究已经取得了一定的进展，但已有的SiTFET晶体管开态电流比还远未达到预期，而窄禁带材料TFET的泄漏电流量级过大，并且在器件生产过程中，许多工艺难题仍未解决，TFET器件还未能实现产品商业化。因此，研发一种具有高开关电流比并具有工艺生产可行性的隧穿场效应晶体管是一个十分有价值的课题。通常，人们提升TFET性能的方式都是仅仅从结构上入手，或者只从材料特性上入手，如采用“口袋区结构”或者利用窄禁带材料来制造TFET。这些手段都可以在一定程度上提升器件性能，但都存在着一些相应的问题

7、。本文的创新性的提出了一种新型的隧穿场效应晶体管，结合了材料特性与结构创新，采用应力放大结构，在外延层引入较大的应力以激活特殊材料的压电极化效应，而压电极化效应又能给TFET提供性能上的优化。首先，对利用了压电极化特性的纵向隧穿场效应晶体管进行模拟仿真，仿真结果表明，在纵向隧穿场效应晶体管的源区和本征区上外延一层具有压电特性的材料，并结合外加应力，可以在外延层的上、下界面处引入均匀分布的极化电荷，极化电荷的存在，在外延层中形成一个内建电场，这个电场与栅电场共同作用，可以极大的增强隧穿几率，器件的开态电流

8、Ion增大了2.5个数量级；此外，引入极化电荷的TFET对于源掺杂浓度的敏感程度大大降低了，即便是源区掺杂浓度较低或者隧穿结是非理想的缓变结，器件依然能保持极佳的性能，大大降低了对工艺水平的依赖。其次，分析了应力大小对于器件性能的影响，认为应当控制应力大小使极化量处在一个适当的值。若极化量过高会导致器件栅控能力弱，难以关断，漏电流大，亚阈值摆幅高；若极化量过低，则对开态电流的提升太小，器件性能的优化I万方数据摘要不够明显。所以，应当控制应力