新型n-和p型陡峭亚阈值斜坡隧道场效应晶体管

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"这篇论文主要介绍了基于异质结构Si/SiGe衬底的新型n型和p型隧道场效应晶体管(Tunnel-FET),这些器件展现出极小的亚阈值摆幅和低阈值电压,旨在实现低功耗和高能效的数字电路。" 在当前的微电子技术中,降低亚阈值摆幅(Subthreshold Swing)和阈值电压(Threshold Voltage)是提升集成电路能效的关键因素。传统的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)在亚阈值区的电流控制效率较低,不利于低功耗应用。而隧道场效应晶体管(Tunnel-FET)则利用量子隧穿效应,能在更低电压下切换状态,从而显著降低功耗。 该论文提出的n型和p型Tunnel-FET采用了Si/SiGe异质结构的通道层,这种设计可以有效改善器件的性能。通过理论分析和仿真优化,研究人员研究了改善器件特性的设计参数。这些新型T-FET的关闭状态电流(OFF current)极低,达到1fA/μm级别,同时通过设计,使其开启状态电流(ON current)显著高于先前报道的T-FET器件。 亚阈值摆幅是指晶体管在亚阈值区的电流随栅极电压变化的斜率,通常以每十倍对数增加所需的电压差来衡量。在这些新型T-FET中,实现了低至15mV/dec的亚阈值摆幅,这是一个显著的突破,因为它意味着在低电压下即可实现良好的开关性能。此外,这些器件的阈值电压低至0.13V,这进一步降低了操作电源的需求,对于构建低功耗电路至关重要。 论文还指出,这些T-FET设计的目标是与现有的CMOS(互补金属氧化物半导体)数字电路兼容,这意味着它们能够无缝集成到现有的集成电路设计中,而无需大规模改变制造工艺。这种兼容性是推动Tunnel-FET技术在实际应用中取代或补充现有MOSFET技术的重要一步。 这篇论文的贡献在于提出了新型的n型和p型Tunnel-FET设计,通过优化的异质结构和器件参数,实现了亚阈值摆幅和阈值电压的显著降低,为未来低功耗、高能效的数字电路提供了新的可能。这种技术的发展将对微电子领域,尤其是物联网、移动设备和嵌入式系统等依赖低功耗解决方案的领域产生深远影响。