MOSFET与隧道场效应晶体管(TFET)特性概述
1. TFET的基本结构与工作原理
1.1 TFET的类型与偏置方案
TFET分为n型和p型。对于n型TFET,源极接地,栅极和漏极均施加正电压;而对于p型TFET,源极接地,漏极和栅极施加负电压。当TFET被激活时,栅极正下方的沟道中会以n型或p型载流子为主。若沟道中电子是主要载流子,则该TFET为n型;若沟道中以空穴为主,则为p型。
1.2 TFET的工作原理
TFET的正常工作依赖于带间隧穿(BTBT)。其基本结构中,载流子在BTBT过程中会跨越禁带,从价带跃迁到导带,或者反之。
1.3 TFET的关态(OFF State)
当VDS > 0且VGS = 0时,TFET处于关态,与MOSFET类似。此时,沟道导带中的带电粒子会向漏极移动,产生电流。但由于TFET的源极是p型,其导带中几乎没有自由电子,只有少量电子能注入沟道,这大大降低了关态电流(IOFF)。而MOSFET的源极是n型,导带中有自由电子,部分电子会通过热电子发射越过源 - 沟道结的势垒进入沟道,导致MOSFET的关态电流比TFET大。
1.4 TFET的开态(ON State)
当VGS增加时,沟道中的能带相对于源极发生移动。当VGS达到特定值时,源极的价带与沟道的导带重合。此时,源极价带中的电子可以通过禁带形成的势垒隧穿到漏极,TFET进入开态。
2. TFET的材料特性
2.1 Ⅳ族材料
硅(Si)是一种常用材料,因其体材料和栅介质界面的缺陷少,且易于制造。但Si并非
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