低/高κ隔层对超薄介电隧道FET特性的影响及深度分析

本文主要探讨了低介电常数（low-κ）和高介电常数（high-κ）间隔层对基于新型隧道介质的隧道场效应晶体管（TD-FET）特性的影响。这项研究发表于《中国科学技术大学学报》(2017)，作者包括蒋智、庄奕琪、李聪、王萍和刘予琪，他们在西安西电大学微电子学院进行了深入研究。TD-FET的设计依据的是超薄介电直接隧道穿孔机制，这与传统隧道FET有着显著区别。 驱动电流主要包括直接隧道电流和带间隧道电流（Band-to-Band Tunneling, BTBT）。在传统隧道FET中，电子和空穴的隧道过程发生在通道内的接触点，而在TD-FET中，这种过程发生在通道内的特定位置，即栅极下介电层下方。这种特性使得TD-FET的电流流动具有二维特性，即电流随间隔层宽度增加而下降，因为更大的间隔会限制电子穿越的有效路径。 研究发现，低介电常数间隔层可能导致较小的电阻，有利于提高驱动电流，但可能增加漏电流，影响器件的性能稳定性。相比之下，高介电常数间隔层虽然可以提供更好的绝缘性能，降低漏电流，但可能会由于增加隧穿势垒高度而影响直接隧道电流的传输效率。BTBT电流在这种情况下尤为重要，它可以在一定程度上补偿因高介电常数带来的负面影响，但其强度受材料能级结构和间隔层厚度等因素影响。 总结来说，选择合适的介电常数和间隔层设计对于优化基于隧道介质的TD-FET性能至关重要，这涉及到电流传输效率、功耗、阈值电压控制等多个关键参数。理解并调整这些因素有助于提升TD-FET在微型化、高速和低功耗电子设备中的应用潜力。