凝聚态物理隧穿晶体管刘强省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

隧穿晶体管隧穿晶体管（TFET）高能效电子开关高能效电子开关汇报人：刘强汇报人：刘强院系：院系：理学院物理系理学院物理系导师：导师：任伟任伟 教授教授日期：日期：.10.8第1页主要内容/10/1021.隧穿晶体管工作机制2.隧穿晶体管的性能改良3.述评与结论第2页1.隧穿晶体管工作机制/10/103原理阐述 G N+N+P掺杂1.2V1.2V N-G N+P+1.2V1.2V关断状态关断状态关断状态关断状态加栅极电压加栅极电压加栅极电压加栅极电压第3页1.隧穿晶体管工作机制/10/104原理阐述对对MOS管来说管来说 G N+N+特点：特点：1.耗尽层电容为正；耗尽层电容为正；2.受温度线性影响。受温度线性影响。对对TFET来说来说第4页1.隧穿晶体管工作机制/10/105原理阐述特点：特点：1.隧穿过程不受温度一级影响隧穿过程不受温度一级影响；2.要增大隧穿概率，需要：要增大隧穿概率，需要：第5页2.隧穿晶体管性能改良/10/106增大方法1.减小栅氧厚度减小栅氧厚度2.多栅与环栅多栅与环栅第6页2.隧穿晶体管性能改良/10/107增大方法3.降低体厚：降低体厚：能够确保继续减能够确保继续减小栅长小栅长第7页2.隧穿晶体管性能改良/10/108减小方法1.高掺杂浓度梯度；高掺杂浓度梯度；2.器件几何结构与尺寸：器件几何结构与尺寸：环栅、小体厚；环栅、小体厚；3.大栅氧电容。大栅氧电容。4.窄禁带窄禁带Eg N-G N+P+在几纳米内在几纳米内分出分出4、5个个浓度数量级浓度数量级无掺杂无掺杂区域区域12第8页2.隧穿晶体管性能改良/10/109漏电流产生漏电流产生：漏电流产生：降低掺降低掺杂浓度杂浓度第9页2.隧穿晶体管性能改良/10/1010III-V族半导体栅极电压栅极电压Vg怎样有窄怎样有窄Eg和有效和有效质量较小载流子？质量较小载流子？Group III-V-semiconductor-based TFETsSi、Ge是间接带隙半导体，而是间接带隙半导体，而GaAs、InAs、InSb等是直接带隙半导体，等是直接带隙半导体，能够提供较高迁移率。能够提供较高迁移率。第10页2.隧穿晶体管性能改良/10/1011TFET缺点缺点缺点1：工作电流太小：工作电流太小缺点缺点2：工作频率低：工作频率低可应用于高温中频低可应用于高温中频低功耗电路。功耗电路。第11页3.述评与结论/10/1012隧穿晶体管极限？1.TFET在一定尺寸、掺杂条件下，其在一定尺寸、掺杂条件下，其SS能够突破能够突破60mv/dec限制。限制。2.TFET在小尺寸、低功耗、高温等条件在小尺寸、低功耗、高温等条件下对下对MOSFET有一定优势。有一定优势。3.采取采取Het-J-TFET能够显著改进能够显著改进TFET工工作电流。在作电流。在Ioff和和Ion之间有很好折中。之间有很好折中。4.TFET需要继续增大其工作电流和工作需要继续增大其工作电流和工作频率，才对现有频率，才对现有MOSFET有较大替换优有较大替换优势。这需要更多试验分析和更普遍器件势。这需要更多试验分析和更普遍器件模型。模型。第12页参考文件/10/10132 Uygar E.Avci,Ian A Young,.Heterojunction TFET scaling and resonant-TFET for steep subthreshold slope at sub-9nm gate-length.C.Vol13,IEEE int.International Electron Device Meeting,Vol13:96-100.1 Adrian M.Ionescu,Heike.Riel,.Tunnel field-effect transistors as energy-efficient electronic switchesJ.Nature,:Vol479 329-337.3 Wei Cao,Debina Sarkar,Yasin Khatami,Jiahao Kang,Kaustav Banerjee,.Subthreshold-swing physics of tunnel field-effect transistors.C AIP advances.(067141).谢谢谢谢 谢谢谢谢 ！第13页