2、新型垂直隧道 FET 及其在混合模式中的应用

新型垂直隧道 FET 及其在混合模式中的应用

1. 引言

自 1960 年首次展示场效应晶体管（FET）原理，以及 1963 年实现互补金属氧化物半导体（CMOS）后，CMOS 技术取得了巨大的持续进步。遵循摩尔定律，集成电路（IC）中使用的晶体管数量应每 18 个月通过缩小晶体管尺寸而翻倍。然而，随着晶体管不断缩小至 50nm 以下，它们面临着真正的威胁。传统晶体管在从关态切换到开态时会增加功耗，并且具有较高的亚阈值摆幅（SS），MOSFET 在室温下的 SS 理论下限约为 60mV/decade。传统 CMOS 晶体管的物理机制限制了集成电路中电源电压（VDD）的进一步降低，因此需要研究和开发基于新工作原理、更好架构设计甚至创新非硅基材料的晶体管。隧道场效应晶体管（TFET）基于量子力学隧穿原理工作，具有超越传统晶体管的开关特性，可在低电源电压的集成电路中实现，具有极高的能源效率，因此受到研究人员和半导体行业的关注。

2. TFET 的基本结构和工作原理

TFET 是一种门控反向偏置的 p - i - n 器件，基于载流子从源区价带（EV）通过禁带能隙隧穿到沟道区导带（EC）的量子力学带间隧穿（BTBT）原理工作。n 型 TFET 的源区掺杂为 p +，漏区掺杂为 n +，与 n 型 MOSFET 源漏均为 n + 掺杂不同。TFET 的沟道区为本征或低掺杂，通过绝缘体将栅极与沟道区分开。TFET 根据沟道的主导载流子分为 n 型或 p 型。对于 n 型 TFET，当施加正的栅源电压（Vgs）时，源/沟道结处会发生能带弯曲，导致电子从源区价带隧穿到沟道区导带，然后被正偏置的漏极收集，此时晶体管处于开态；当栅极偏置为零时，没有隧穿发生，晶体管处于关态。BTBT 的一个主要优