16、先进超低功耗半导体器件：隧道FET与纳米片FET的技术解析

先进超低功耗半导体器件：隧道FET与纳米片FET的技术解析

1. 外延层基Si/SiGe异质结线隧道FET

在半导体器件领域，外延层基Si/SiGe异质结线隧道FET（Epitaxial Layer - Based Si/SiGe Hetero - Junction Line Tunnel FETs）有着独特的性能特点，但也存在一些不足。这类器件存在速度较低的问题，并且界面态给制造带来了复杂性。

1.1 Hyper FET介绍

Hyper FET作为一种新型的陡峭斜率器件，也被称为相变FET（Phase Transition FET）。在Hyper FET中，源极连接到相变关联材料。其陡峭斜率特性源于关联材料的集体载流子动力学。在晶体管工作时，这些材料会经历选择性的相变。关联材料内部的电子之间存在很强的相关性，因此具有显著的电子和磁性特性，如自旋 - 电荷分离、金属 - 绝缘体转变和半金属性等。常见的关联材料有二氧化钒、掺杂硫族化合物、铜掺杂的HfO₂等，它们具有高度非线性的电学行为。实验已证明，通过晶体管对关联材料的离散和单片集成，Hyper FET能够实现其功能。在单片集成的Hyper FET中，已测得亚阈值摆幅（SS）约为8 mV/decade。

1.2 外延层基线TFET的优势

与点隧道FET（point TFET）相比，外延层基线TFET具有明显优势。其驱动能力可以通过改变栅 - 源重叠来提高，这种面积缩放方法也可应用于电路设计中，通过改变栅 - 源重叠而非宽度来改变驱动能力。面积缩放的隧穿能够有效降低亚阈值摆幅，同时不影响关态电流。此外，选择源极中锗的合适摩尔分数也可以改变驱动能力。外延工程是器件设计中的关键参数，需要进