隧穿場效應晶體管工藝及新結構的仿真研究.pdf

1、隨著MOSFET器件的特征尺寸進入納米尺度，短溝道效應對傳統(tǒng)MOSFET器件的性能造成了嚴重影響，通過尺寸縮小來獲得性能提升的方法變得越來越困難。近年來，一種基于量子隧穿機理的場效應器件隧穿場效應晶體管（tunneling field-effect transistor, TFET）被提出。理論上，TFET不僅可以有效抑制短溝道效應，還能突破傳統(tǒng)MOSFET亞閾值擺幅（Subthreshold Swing）不能低于60 mV/dec的限

2、制，從而大幅度降低器件的開關功耗。因此TFET被認為是最具前景的超低功耗器件之一。
　　TFET的亞閾值電流對隧穿結附近的缺陷非常敏感，因此離子注入等工藝過程產生的缺陷會對TFET器件的亞閾值擺幅特性產生嚴重影響。為了減小缺陷對TFET亞閾值特性的影響，本文主要從工藝過程優(yōu)化和器件結構設計兩個方面展開研究。
　　首先，利用TCAD工具分析了工藝參數(shù)對TFET器件特性的影響。研究表明，隨著源區(qū)摻雜劑量的不斷增大，中心濃度增加，

3、隧穿電流增大；與橫向擴散長度相比，縱向摻雜深度的增加對隧穿電流影響不大。此外，隨著溫度升高，飽和電流穩(wěn)定提升。表明在恒定退火時間下，退火溫度的提高有助于摻雜元素的激活。
　　其次，分析了不同退火技術對硼離子間隙缺陷集群的修復能力，利用濃度曲線與薄膜電阻率反映缺陷集群的變化。結果表明，采用新型退火方法，薄膜電阻率明顯下降，硼離子間隙缺陷集群（BIC）得到明顯的修復。
　　最后，研究了柵溝道覆蓋和Pocket摻雜對TFET性能的

4、影響。結果表明，側墻覆蓋漏區(qū)會使開態(tài)電流減小，關斷電流增加，并不會對其柵極泄漏電流起到影響；側墻覆蓋源區(qū)，器件開態(tài)電流增大，關斷電流變化不大。此外，本文對傳統(tǒng)的TFET結構進行了優(yōu)化，設計了具有柵源覆蓋和源區(qū)pocket器件結構的TCAD工藝實現(xiàn)方法；結果表明，隨著柵極覆蓋長度的增加，柵控能力增強，柵覆蓋導致源區(qū)覆蓋面積內的能帶大幅彎曲，隧穿由點隧穿變?yōu)槊娣e更大的線隧穿，亞閾值擺幅特性明顯改善。添加源pocket結構后，整個晶體管的隧穿