هيكل FET لنفق الوصلات غير المتجانسة III-V *S

ترانزستور التأثير الميداني النفقي (tunnel FET, TFET) هو جهاز جديد لأشباه الموصلات يعمل على أساس تأثير نفق ميكانيكي الكم. بالمقارنة مع MOSFETs التقليدية (ترانزستورات التأثير الميداني لأشباه الموصلات من أكسيد المعدن)، فإن الميزة الرئيسية لـ TFETs هي أنها تستطيع نظريًا تحقيق تأرجحات أقل في العتبة الفرعية، مما يعني أنها لا تزال قادرة على الحفاظ على أداء تحويل جيد عند جهد كهربائي منخفض للغاية، مما يساعد على تقليل استهلاك الطاقة. من الدوائر المتكاملة. إن PAM-XIAMEN قادرة على تنمية بنية النفق FET بشكل فوقي بناءً على ذلكالمواد المركبة من الثالث إلى الخامس، يرجى الرجوع إلى الهيكل التالي للحصول على التفاصيل:

1. المواد III-V القائمةتفكفيت سهيكل

طبقة Epi	سماكة	منشطات	تعبير
ن + إنغاس	-	-
أنا إنغاس	150 نانومتر
ع ++ غااسسب	-	-
ع + غاسسب	-	-
AlInAs	-
المخزن المؤقت Al1-xInxAs			×:0.52~0.64
InP الفرعية

 

2. مبدأ عمل ترانزستور التأثير الميداني

ترانزستور تأثير المجال النفقي هو جهاز يستخدم ظاهرة نفق النطاق إلى النطاق (BTBT) بين نطاقي التوصيل والتكافؤ لحاملات الشحنة في منطقة القناة التي يتحكم فيها قطب البوابة لتحقيق أداء FET. يظهر الشكل 1 الرسم التخطيطي لبنية TFET الأساسية. ويمكن أن نرى من الشكل أن نوع المنشطات في مناطق التصريف والقناة بالجهاز هو نفسه، وهي ميزة مهمة تميزه عن MOSFETs التقليدية .

الشكل 1: الهيكل الأساسي لـ TFET

تستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) التقليدية جهد البوابة الخارجية للتحكم في القناة على سطح منطقة القناة لتحقيق الانتقال بين حالات التشغيل والإيقاف بين المصرف والمصدر، بينما تستخدم وحدات TFET جهد البوابة للتحكم في عملية نفق النطاق الداخلي للحاملات في منطقة القناة لتحقيق وإيقاف الجهاز. بالنسبة لمبدأ عمل النفق FET، مع أخذ n-TFET كمثال، عندما لا يكون هناك جهد بوابة خارجي، بسبب منطقة مصدر من النوع p شديدة التخدير ومنطقة قناة من النوع n مخدر قليلاً، فإن منطقة الاستنفاد بين المصدر والقناة تجعل من الصعب على الإلكترونات الموجودة في منطقة المصدر أن تنتقل إلى منطقة القناة. لذلك، يكون الجهاز في حالة إيقاف التشغيل، ويكون تيار إيقاف التشغيل الخاص به أصغر من تيار أجهزة MOS التقليدية؛ مع زيادة جهد البوابة المطبق تدريجيًا، يسحب نطاق الطاقة في منطقة القناة باستمرار إلى الأسفل؛ عندما يتم سحب نطاق التوصيل لمنطقة القناة إلى أسفل نطاق التكافؤ لمنطقة المصدر، تبدأ نطاقات الطاقة لمنطقة المصدر ومنطقة القناة في المحاذاة أو حتى التداخل، مما يتسبب في وجود عدد كبير من الإلكترونات الموجودة في نطاق التكافؤ المنطقة المصدر للنفق في نطاق التوصيل لمنطقة القناة، مما يتسبب في انتقال الجهاز على الفور من حالة إيقاف التشغيل إلى حالة التشغيل.

الشكل 2: مخطط النطاق السطحي لـ TFET في حالة إيقاف التشغيل

الشكل 3: مخطط النطاق لسطح TFET في الحالة

نظرًا لعملية التحويل الأسرع بكثير مقارنةً بوحدات MOSFET التقليدية، يمكن أن تتمتع أجهزة Tunnel FET بخصائص عتبة فرعية جيدة، وقد يكون ميل العتبة الفرعية الخاصة بها أقل من القيمة المثالية لأجهزة MOS التقليدية.

3. تفكFمجال-هـتأثيرترانزيستوراتجHallengesوالتطورات

يواجه فريق TFET حاليًا التحديات التالية:

1) انخفاض تيار الحالة: بالمقارنة مع الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs) التقليدية، فإن نفق FET لديه تيار حالة أقل، مما يحد من تطبيقه في الأجهزة الإلكترونية عالية السرعة وعالية الأداء.

2) عملية التصنيع المعقدة: يتطلب تحقيق تأثير نفق الكم الفعال تحكمًا دقيقًا في بنية النطاق وتركيز المنشطات لمواد أشباه الموصلات، مما يفرض متطلبات أعلى على تقنيات تصنيع أشباه الموصلات الحالية.

3) العلاقة بين حجم الجهاز والأداء: مع استمرار تقلص حجم الجهاز، يصبح تأثير عرض منطقة الحاجز على تيار النفق أكثر أهمية. إن كيفية الحفاظ على كفاءة جيدة في حفر الأنفاق على المستوى النانوي تمثل تحديًا.

4) مسألة الموثوقية: نظرًا لحساسية التأثيرات الكمومية للظروف البيئية مثل تقلبات درجات الحرارة والجهد، فإن استقرار وموثوقية TFETs على المدى الطويل بحاجة إلى مزيد من البحث والتحسين.

ولذلك، تم طرح المبادئ التوجيهية لتطوير الترانزستور النفقي على النحو التالي:

1) استكشاف مواد جديدة: تطوير مواد جديدة ثنائية الأبعاد (مثل الجرافين، وكبريتيدات المعادن الانتقالية، وما إلى ذلك) وأشباه الموصلات واسعة النطاق (مثل نيتريد الغاليوم، وأكسيد الغاليوم، وما إلى ذلك) لتحسين بنية النطاق وتحسين كفاءة حفر الأنفاق.

2) ابتكار هيكل الجهاز: من خلال تصميم هياكل TFET جديدة، مثل TFET متعدد القنوات، وشبكة TFET الفائقة، وما إلى ذلك، تم تحسين خصائص نقل الشحنة، وزيادة نسبة التيار والتحويل في الحالة.

3) تكنولوجيا التكامل والتعبئة والتغليف: الجمع بين تكنولوجيا معالجة النانو الدقيقة المتقدمة وتكنولوجيا تغليف الدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد لحل التحديات المختلفة التي يطرحها التصغير وتحقيق التكامل على نطاق واسع.

4) النمذجة والمحاكاة النظرية: إنشاء نماذج فيزيائية وأدوات محاكاة أكثر دقة لتوجيه تصميم وتحسين النفق العمودي FET، والتنبؤ بالمشكلات المحتملة وحلها في التطبيقات العملية.

لمزيد من المعلومات، يرجى الاتصال بنا على البريد الإلكتروني[email protected] و [email protected].