2、新型垂直隧道场效应晶体管及其在混合模式中的应用

新型垂直隧道场效应晶体管及其在混合模式中的应用

1. 引言

自1960年首次展示场效应晶体管（FET）原理，以及1963年实现互补金属氧化物半导体（CMOS）技术以来，CMOS技术领域取得了巨大而持续的进步。遵循摩尔定律，集成电路（IC）中使用的晶体管数量应通过缩小晶体管尺寸每18个月翻一番。然而，随着晶体管不断缩小至亚50纳米甚至更小尺寸，它们面临着严峻挑战。传统CMOS晶体管在从关态切换到开态时，无法避免功耗增加，且具有较高的亚阈值摆幅（SS）。对于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），室温下的亚阈值摆幅理论下限为每十倍电流变化60mV。这种物理限制使得集成电路中的电源电压难以进一步降低，从而无法通过降低电源电压来提高能量效率。

因此，研究和开发基于新工作原理、更好架构设计的晶体管变得至关重要。隧道场效应晶体管（TFET）基于量子力学隧穿原理工作，展现出超越传统晶体管（如MOSFET）的卓越开关特性。TFET能够在低电源电压下工作，实现极高的能量效率，这使其成为研究人员和半导体行业的关注焦点。

2. TFET的基本结构和工作原理

TFET是一种栅控反向偏置的p - i - n器件，其工作原理基于载流子从源区价带（EV）通过禁带隧穿到沟道区导带（EC）的量子力学带间隧穿（BTBT）现象。与n型MOSFET源极和漏极均为n + 掺杂不同，n型TFET的源极采用p + 掺杂，漏极采用n + 掺杂，沟道区则为本征或低掺杂。通过绝缘体将栅极与沟道区分隔开来。TFET根据沟道中的主导载流子分为n型和p型，n型TFET的主导载流子为电子，p型TFET的主导载流子为空穴。

对于n型TFET，当向栅极施加正的栅源电压（Vgs）时，源/沟道结处