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
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