3、垂直 T 形异质结隧道场效应晶体管在低功耗安全系统中的应用

垂直 T 形异质结隧道场效应晶体管在低功耗安全系统中的应用

1. 引言

过去四十年来，半导体缩放、结构设计创新和制造技术提升显著推动了互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的发展，带来了性能更优、速度更快的集成电路。然而，器件的持续缩放也引发了短沟道效应（SCEs），如栅致漏极泄漏（GIDL）、漏致势垒降低（DIBL）、热电子效应，且亚阈值斜率受限在 60 mV/decade。为保持良好性能，需探索新技术以抑制 SCEs。在先进电子设备时代，高容量存储和超低功耗是实现高性能的关键。

晶体管于 20 世纪 40 年代由贝尔实验室发明，器件尺寸从厘米级发展到如今的纳米级。1958 年，杰克·基尔比在德州仪器推出了首个集成电路。此后，硅基 CMOS 技术中晶体管不断小型化，推动了半导体行业的发展，遵循摩尔定律呈指数级进步。但晶体管小型化面临功率危机和静态功耗障碍，因此纳米级新器件应运而生，以提升开关性能、能源效率并降低电源电压。

2. 缩放：历史视角

缩放因子使纳米级器件能够以相同成本制造。但基于减小金属 - 氧化物 - 半导体晶体管物理尺寸、同时降低电源电压和功耗的传统缩放方式已接近极限。研究人员需探索新解决方案，实现晶体管更小、更快，这需要在器件架构、新材料和纳米级图案化技术方面进行创新。

缩放是一种有规律地减小器件尺寸的方法，可在不改变输出特性的前提下使器件占用面积最小化，有效解决高功耗和低封装密度问题，使器件能在低偏置电压下工作。缩放理论的重要原则是垂直和水平尺寸应按相同缩放因子测量，以防止泄漏电流并确保通道可靠性，同时需增加掺杂浓度以保持器件特性。

1925 年，利连菲尔德发现了绝缘栅场效应晶体管（IGFET），为