7、隧道场效应晶体管（TFET）：原理、应用与挑战

隧道场效应晶体管（TFET）：原理、应用与挑战

1. TFET的功耗视角

在超越CMOS技术的功率密度和能源效率限制方面，隧道晶体管是一项备受关注的技术。它具有高亚阈值斜率（SS），能够在合理的速度下实现低电压运行，从而节省功率和能源。由于其最低亚阈值斜率可达60 mV/十年，因此被研究用于解决CMOS的功率密度和能源效率问题。

在超低功率应用中，TFET技术有望突破电源电压缩放的限制。研究表明，基于TFET的合成电路在超低电压下可以提高速度，但会增加功耗。例如，在低至200 mV的电源电压下，基于TFET的MSP处理器比基于FinFET的MSP处理器功耗低34.8%。

下表展示了几种TFET和FinFET逻辑门在200、300和400 mV电源电压下的噪声容限（以电源电压的百分比表示）：
| VDD(mV) | FinFET - INV | FinFET - NOR2 | FinFET - NOR3 | FinFET - NAND2 | FinFET - NAND3 | TFET - INV | TFET - NOR2 | TFET - NOR3 | TFET - NAND2 | TFET - NAND3 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 0.2 | 70.80% | 69.20% | 67.70% | 72.30% | 72.50% | 66.00% | 65.00% | 65.00% | 68.00% | 69.00% |
| 0.3 | 77.60% | 77.60% | 77.50% | 80.50%