一种新型鳍结构电子-空穴双层隧穿场效应晶体管研究

As CMOS device scaling down, the increasing power consumption will be a catastrophic problem. Tunnel field-effect transistor (TFET) attracts much interest since it can work under low voltage with reduced power. Recently, we propose a novel electron-hole bilayer tunnel field-effect transistor (EHBTFET) using fin as tunneling layer. Compared with conventional TFET, the performance of novel EHBTFET does not depend on the doping in source and drain, and shows higher current and lower subthreshold swing. In this program, we will investigate the device performance, and improve the structure and process parameters by TCAD simulation. Based on simulation, this program will concentrate on the fabrication of the novel EHBTFET. Since quantum confinement effect is important in EHBTFET, we will explore the associated mechanism by the envelope function under effective-mass approximation and the available quantum model in TCAD simulator. In addition, the property of interface traps and their effects on the device performance will also be studied. It is expected to improve the understanding and performance of device by combining calculation and experiment.

随着CMOS尺寸的不断缩小，功耗问题变得日益突出。隧穿场效应晶体管由于可以在较低电压即较低功耗下工作，因此与之相关的研究近来备受关注。最近，我们首次提出一种鳍结构电子-空穴双层隧穿场效应晶体管。仿真结果显示，与常规隧穿晶体管相比，新型隧穿器件的特性不依赖源漏区的掺杂分布，并表现出更大的驱动电流、更低的亚阈值摆幅。本项目将利用仿真计算来研究器件工作特性、优化器件结构参数和工艺参数，并在此基础上开展器件集成制造研究。基于器件突出的量子限制效应，项目拟采用有效质量近似下的包络函数方法和软件自有的量子模型来研究量子限制效应对器件性能的影响机制。此外，本项目还将分析器件中的界面态性质及它对器件特性的影响。最后，通过理论计算和实验相结合，进一步分析器件机理和改善器件性能。

随着CMOS尺寸的不断缩小，功耗问题变得日益突出。隧穿场效应晶体管由于可以在较低电压即较低功耗下工作，因此与之相关的研究近来备受关注。我们提出并深入研究一种鳍结构电子-空穴双层隧穿场效应晶体管(Fin-EHBTFET)。仿真结果揭示，与常规隧穿晶体管相比，新型隧穿器件的特性不依赖源漏区的掺杂分布，并表现出更大的驱动电流、更低的亚阈值摆幅。在仿真基础上开展器件集成制造研究，通过调节不断优化工艺，实现坡度接近90度的鳍结构的制备，为高性能鳍结构的FinFET和Fin-EHBTFET器件集成提供关键工艺积累。探索出一条与平面MOSFET工艺相兼容的Fin-EHBFET集成制造路线，为发展低功耗的隧穿场效应晶体管技术指明方向。负电容场效应晶体管作为一项低功耗技术近几年来广泛重视，依托本项目的支持，我们还开展与之相关的理论和实验工作。理论上，首次深入分析铁电多畴结构对负电容场效应晶体管工作特性的影响，并提出技术改善路线，得到国际同行的高度关注。实验上，开展了基于HfZrO2铁电薄膜的特性和器件集成研究，得到性能良好的HfZrO2铁电薄膜，并将其成功整合到平面MOSFET器件中，积累许多宝贵经验，为进一步开展铁电负电容和铁电随机存储场效应晶体管提供技术支撑。