8、隧道场效应晶体管（TFET）的建模与应用

隧道场效应晶体管（TFET）的建模与应用

1. 引言

随着便携式电子设备（如笔记本电脑、智能手机、苹果手表和三星Galaxy手表等）的发展，对低功耗电子设备的需求持续增加。为满足这一需求，电气工程师、材料工程师等开展了大量研究。从晶体管层面提出了多种器件结构，如圆柱形结构（GAA MOSFET）、鳍状结构（FinFET）和双栅结构（DG），但由于制造问题，这些结构在自由改变沟道结构方面存在明显限制。

研究人员发现，当晶体管的源极和漏极具有不同的掺杂类型（p+或n+）时，晶体管中的电流由不同原理决定。电子在沟道中通过带间隧穿（BTBT）原理移动，可实现显著的低导通电流和截止电流，从而实现低功耗运行。这种源极和漏极具有不同掺杂类型的结构被称为隧道场效应晶体管（TFET）。

为分析TFET的性能和功耗，通过模拟和制造技术进行了广泛研究。基于模拟的建模方法具有优势，可深入分析TFET，确定其性能和功耗的物理机制。

2. 建模方法

TFET的建模方法与MOSFET有根本不同，它依赖于自由载流子的带间隧穿。MOSFET的导电是由于热电子发射，而TFET是由于带间隧穿。MOSFET的亚阈值摆幅限制在60mV/ decade，而TFET的亚阈值摆幅更低。一般有两种建模方法：原子建模和解析建模。

2.1 原子建模

原子建模基于非平衡格林函数，涉及使用密度泛函理论提取能带。弹道输运模型与能带结构协作，自洽求解波形和允许的能态。

优点：高度准确，适用于亚纳米技术。
缺点：需要长时间的密集计算，可能需要高效处理器。模式空间方法可降低成本，但获得原子全带模型极具难度。在开放系统中，量子过程