10、异质栅介质TFET中源区附近介电材料对电学参数的影响

异质栅介质TFET中源区附近介电材料对电学参数的影响

1 引言

为遵循摩尔定律，纳米级MOSFET不断缩小尺寸，这导致了功耗增加和各种短沟道效应。在300K温度下，MOSFET的亚阈值摆幅（SS）难以低于60mV/dec，且难以维持开关比（ION/IOFF）随电源电压的缩放。为克服这些障碍，研究人员提出了基于带间隧穿（BTBT）原理的隧穿场效应晶体管（TFET）。TFET具有热SS小于60mV/dec和低漏电流的优点，适用于低功耗应用，但存在导通电流较低的问题。

为提高TFET的性能，研究人员采用了多种技术，如栅极工程、结构工程和介电工程等。提出了多种TFET架构，包括双栅（DG）、三栅（TG）、双材料栅（DMG）等。在沟道工程方面，采用了硅以外的材料作为沟道材料。此外，还提出了异质栅介质TFET（HG - TFET），与以SiO2为栅介质的TFET相比，HG - TFET的SS和导通电流得到了改善。

本文考虑了HG - TFET源区附近的三种不同栅介质材料（Al2O3、HfO2和La2O3），研究了这些介质材料对漏极电流特性、开关性能（ION/IOFF）和阈值电压（VT）的影响，还研究了水平场和碰撞电离率，并分析了漏极偏置和高k栅介质长度对HG - TFET的影响。

2 研究背景

• 1978年，布朗大学提出了首个p - i - n结构的TFET，并建议其用于光谱学。
• Banerjee等人报道了一种以p型沟道代替栅极下i区的TFET结构，引入了线隧穿，改善了SS和开关行为。
• Reddick通过实验证明TFET解决了MOSFET尺寸缩小和穿通问题。
• Zha