隧穿场效应晶体管(TFET)与其他的mos管想对比,其S可以突破60mV/decade的限制,而且TFET的Ioff非常低,所以TFET的工作电压可以进一步地降低。

1.隧穿场效应晶体管是什么

隧穿场效应晶体管(TFET)在比较小的栅电压条件下,TFET的Ion和Ion/Ioff都会大于传统MOSFTE的Ion和Ion/Ioff。所以TFET被看做是非常有前景的低工作电压和低功耗的逻辑CMOS器件。

 

除了使用多栅结构提高器件的栅控能力和S小于60mV/decade的TFET,另一种减小集成电路功耗的方法是降低晶体管的工作电压Vdd。传统的MOSFET等比例缩小原则假设阈值电压也能等比例的缩小,但是实际上阈值电压并不遵循这样的原则。所以持续地减小工作电压必然会导致栅极的驱动能力(Vdd-Vth)降低。当栅极驱动能力降低时,器件的驱动电流Ion会减小。Ion的减小使器件的延迟(t=CVdd/Ion)增加或者器件的开关速度减小。由于InAs和GaAs的电子迁移率高于Si的电子迁移率,Ge和InSb的空穴迁移率高于Si的空穴迁移率,如果选用上述高迁移率的材料作为器件的沟道材料可以缓解(Vdd-Vth)的降低带来的Ion减小,所以在高速度和低功耗的集成电路中,III-V材料和Ge都是很有前景的器件沟道材料。

 

隧穿场效应晶体管是什么

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晶体管的发展
1)真空三极管
1939年2月,Bell实验室有一个伟大的发现,硅p_n结的诞生。1942年,普渡大学Lark_Horovitz领导的课题组中一个名叫Seymour Benzer的学生,发现锗单晶具有其它半导体所不具有的优异的整流性能。这两个发现满足了美国政府的要求,也为随后晶体管的发明打下了伏笔 。


2)点接触晶体管
1945年二战结束,Shockley等发明的点接触晶体管成为人类微电子革命的先声。为此,Shockley为Bell递交了第一个晶体管的专利申请。最终还是获得了第一个晶体管专利的授权 。


3)双极型与单极型晶体管
Shockley在双极型晶体管的基础上,于1952年进一步提出了单极结型晶体管的概念,即今天所说的结型晶体管。其结构与pnp或npn双极型晶体管类似,但在p_n材料的界面存在一个耗尽层,以使栅极与源漏导电沟道之间形成一个整流接触。同时两端的半导体作为栅极。通过栅极调节源漏之间电流的大小 。


4)硅晶体管
仙童半导体由一个几人的公司成长为一个拥有12000个职工的大企业 。


5)集成电路
在1954年硅晶体管发明之后,晶体管的巨大应用前景已经越来越明显。科学家的下一个目标便是如何进一步把晶体管、导线及其它器件高效地连接起来 。


6)场效应晶体管与MOS管
1961年,MOS管的诞生。1962年,在RCA器件集成研究组工作的Stanley, Heiman和Hofstein等发现,可以通过扩散与热氧化在Si基板上形成的导电带、高阻沟道区以及氧化层绝缘层来构筑晶体管,即MOS管 。


英特尔公司在创立之初,目光仍然集中在内存条上。Hoff把中央处理器的全部功能集成在一块芯片上,再加上存储器;这就是世界上的第一片微处理器—4004(1971年)。4004的诞生标志着一个时代的开始,随后英特尔在微处理器的研究中一发不可收拾,独领风骚  。


1989年,英特尔推出了80486处理器。1993年,英特尔研制成功新一代处理器,本来按照惯常的命名规律是80586。1995年英特尔推出Pentium_Pro。1997年英特尔发布了PentiumII处理器。1999年英特尔发布了Pentium III处理器。2000年发布了Pentium 4处理器 。

 

2.隧穿场效应晶体管的工作原理

隧穿场效应晶体管(Tunneling Field-Effect Transistor或者TFET)的工作原理是带间隧穿(Band-to-band tunneling或者BTBT)。BTBT最早由Zener在1934年提出来。pn结在反偏状态下,当n区导带中某些未被电子占据的空能态与p区价带中某些被电子占据的能态具有相同的能量,而且势垒区很窄时,电子会从p区价带隧穿到n区导带。