隧穿場效應晶體管工藝及新結構的仿真研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

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

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