6、隧道场效应晶体管（TFET）的原理与设计

隧道场效应晶体管（TFET）的原理与设计

1. 引言

随着电子技术的不断发展，对低功耗、高性能半导体器件的需求日益增长。传统的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）在尺寸缩小到30nm以下时面临诸多挑战，如亚阈值摆幅（SS）难以降低到60 mV/dec以下等。因此，寻找替代器件成为研究热点，隧道场效应晶体管（TFET）因其独特的工作原理和优异的性能受到广泛关注。

2. MOSFET面临的挑战

当MOSFET的尺寸缩小到30nm以下时，平面体MOSFET的缩放变得更加困难。在室温下，即使在栅极电容无限大的理想情况下，MOSFET的亚阈值摆幅也无法降低到60 mV/dec。而碰撞电离MOS器件、纳米机电FET、悬浮栅MOSFET和隧道FET（TFET）等则可以实现低于60 mV/dec的亚阈值摆幅。

3. 低功耗操作的需求

3.1 工业需求的推动

现代商业运营和消费者对数据采集、处理和娱乐的需求，推动了工业对信息创建、获取、存储、处理和传输的需求不断增长。从电子计算器、个人计算机到微处理器驱动的游戏的出现，计算需求的增加促使集成电路朝着更快、更小、更可靠和更低功耗的方向发展。

3.2 低功耗FET电子设备的应用

• 便携式电器 ：如手表、心脏起搏器、个人数字助理、助听器、袖珍计算器等。
• 集成电路性能提升 ：通过增加集成电路中组件的封装密度来提高性能，同时应对功耗限制。
• 桌面计算机的功耗保存 ：以