III-V Heterojunction Tunnel FET-struktur *S

Tunneling Field Effect Transistor (tunnel FET, TFET) är en ny halvledarenhet som arbetar baserat på den kvantmekaniska tunneleffekten. Jämfört med traditionella MOSFET:er (metalloxidhalvledarfälteffekttransistorer) är den största fördelen med TFET:er att de teoretiskt kan uppnå lägre subtröskelsvängningar, vilket innebär att de fortfarande kan bibehålla god kopplingsprestanda vid extremt låga spänningar, och därmed bidra till att minska strömförbrukningen av integrerade kretsar. PAM-XIAMEN kan epitaxiellt växa tunnel FET-struktur baserat påIII-V sammansatta material, se följande struktur för mer information:

1. III-V materialbaseradTunnelFET Sstruktur

Epi-lager	Tjocklek	Doping	Sammansättning
n+ InGaAs	-	-
i InGaAs	150 nm
p++ GaAsSb	-	-
p+ GaAsSb	-	-
AlInAs	-
Al1-xInxAs buffert			X: 0,52~0,64
InP Sub

 

2. Arbetsprincip för tunnelfälteffekttransistorer

Tunnelfälteffekttransistor är en anordning som utnyttjar fenomenet band till band tunneling (BTBT) mellan lednings- och valensbanden för laddningsbärare i kanalområdet som styrs av grindelektroden för att uppnå FET-prestanda. Det schematiska diagrammet för den grundläggande TFET-strukturen visas i fig. 1. Det kan ses från figuren att dopningstypen för anordningens dränerings- och kanalregioner är densamma, vilket är en viktig egenskap som skiljer den från traditionella MOSFET:er .

Fig. 1 Grundläggande struktur för TFET

Traditionella MOSFET:er använder en extern gate-spänning för att styra kanalen på ytan av kanalregionen för att uppnå övergången mellan på- och avlägen mellan drain och source, medan TFET:er använder gate-spänningen för att styra interband-tunnelprocessen för bärare i kanalområdet för att aktivera och stänga av enheten. För tunnel-FET-arbetsprincipen, med n-TFET som ett exempel, när det inte finns någon extern grindspänning, på grund av den kraftigt dopade källregionen av p-typ och lätt dopad n-typ kanalregion, gör utarmningsområdet mellan källan och kanalen det är svårt för elektroner i källområdet att tunnla in i kanalområdet. Därför är enheten i ett avstängt läge och dess avstängda ström är mindre än den för traditionella MOS-enheter; När den pålagda grindspänningen gradvis ökar, drar energibandet i kanalområdet kontinuerligt nedåt; När ledningsbandet för kanalområdet dras ned under valensbandet för källområdet, börjar energibanden i källregionen och kanalregionen att rikta in sig eller till och med överlappa varandra, vilket orsakar ett stort antal elektroner i valensbandet av källregionen att tunnla in i ledningsbandet i kanalregionen, vilket sålunda får anordningen att omedelbart övergå från från-till-tillståndet.

Fig. 2 Ytbandsdiagram för TFET i avstängt tillstånd

Fig. 3 Banddiagram för TFET-ytan i tillstånd

På grund av den mycket snabbare konverteringsprocessen jämfört med traditionella MOSFET-enheter kan Tunnel FET-enheter ha goda subtröskelegenskaper och deras undertröskellutning kan vara lägre än det ideala värdet för traditionella MOS-enheter.

3. TunnelFfält-EeffektTransistorerCutmaningaroch utveckling

För närvarande står TFET inför följande utmaningar:

1) Låg tillståndsström: Jämfört med traditionella MOSFET:er har tunnel-FET en lägre tillståndsström, vilket begränsar dess tillämpning i höghastighets- och högpresterande elektroniska enheter.

2) Komplex tillverkningsprocess: För att uppnå effektiv kvanttunneleffekt krävs exakt kontroll av bandstrukturen och dopningskoncentrationen av halvledarmaterial, vilket ställer högre krav på befintliga halvledartillverkningsteknologier.

3) Förhållandet mellan enhetsstorlek och prestanda: När enhetens storlek fortsätter att krympa blir effekten av barriärområdets bredd på tunnelströmmen mer betydande. Hur man upprätthåller en god tunneleffektivitet på nanoskala är en utmaning.

4) Tillförlitlighetsfråga: På grund av kvanteffekternas känslighet för miljöförhållanden som temperatur- och spänningsfluktuationer behöver TFET:s långsiktiga stabilitet och tillförlitlighet ytterligare forskning och förbättringar.

Därför läggs utvecklingsriktlinjer för tunneltransistorer fram som:

1) Utforskning av nya material: Utveckla nya tvådimensionella material (såsom grafen, övergångsmetallsulfider, etc.) och halvledare med breda bandgap (såsom galliumnitrid, galliumoxid, etc.) för att optimera bandstrukturen och förbättra tunnlingseffektiviteten.

2) Innovation av enhetsstruktur: Genom att designa nya TFET-strukturer, såsom flerkanals-TFET, supergitter-TFET, etc., förbättras laddningsöverföringsegenskaperna, och strömmen till tillståndet och omkopplingsförhållandet ökas.

3) Integrations- och förpackningsteknik: Kombinera avancerad mikronanobehandlingsteknik och 3D-integrerad kretsförpackningsteknik för att lösa olika utmaningar som miniatyrisering och uppnå storskalig integration.

4) Teoretisk modellering och simulering: Etablera mer exakta fysiska modeller och simuleringsverktyg för att vägleda design och optimering av vertikal tunnel FET, förutsäga och lösa potentiella problem i praktiska tillämpningar.

För mer information, vänligen kontakta oss maila på[email protected] och [email protected].