隧穿場效應(yīng)晶體管（TFET）的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述TFET器件的多種優(yōu)勢引起了國內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)與研究人員的密切關(guān)注，近年來圍繞TFET器件的研究工作進(jìn)行得如火如荼，相關(guān)的科研成果層出不窮。綜合來看，對于TFET器件的研究主要從對TFET器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計、創(chuàng)新與優(yōu)化，以及對適用于TFET的新型材料的探索這兩方面展開。2006年，QinZhang等人詳細(xì)研究了SOI襯底上的TFET器件的電學(xué)特性，由隧穿理論推導(dǎo)得出了TFET的亞閾值擺幅能夠突破60mV/dec理論極限的結(jié)論，為TFET器件在低功耗集成電路中的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)REF_Ref66568846\r\h\#"[0]"[17]。2009年，SungHwanKim等人提出一種源區(qū)采用鍺材料的TFET器件結(jié)構(gòu)，使載流子的隧穿距離大幅減小，實現(xiàn)了隧穿幾率與開關(guān)電流比的有效提升，該結(jié)構(gòu)的開關(guān)電流比高達(dá)3×106REF_Ref66568899\r\h\#"[0]"[18]。同年，OsamaM.Nayfeh等人將全局應(yīng)變技術(shù)應(yīng)用于TFET器件，提出了基于帶帶隧穿的應(yīng)變Si1-xGexTFET，實驗結(jié)果表明，采用57%的Ge組分與4×1015cm-2的摻雜濃度可以獲得相對理想的TFET開關(guān)性能REF_Ref66568952\r\h\#"[0]"[19]。2010年，HasanaliG.Viral等人在TFET柵極的內(nèi)外側(cè)采用了雙層介質(zhì)側(cè)墻，在靠近柵極內(nèi)側(cè)的側(cè)墻介電常數(shù)更高，該措施降低了載流子在P-I結(jié)處的隧穿幾率，提高了TFET的驅(qū)動電流REF_Ref66569023\r\h\#"[0]"[20]。2011年，RamanathanGandhi等人提出一種縱向硅基納米線的環(huán)柵TFET器件，這種TFET結(jié)構(gòu)盡管可以抑制器件的雙極性導(dǎo)通、增加?xùn)艍簩d流子隧穿的控制能力，但在器件內(nèi)部需要高濃度梯度的摻雜，工藝較為復(fù)雜REF_Ref66569085\r\h\#"[0]"[21]。2012年，香港科技大學(xué)的LiningZhang等人提出一種采用雙柵的TFET器件模型REF_Ref66569150\r\h\#"[0]"[22]。同年，RuiLi等人提出了具有良好導(dǎo)通特性的AlGaSb/InAs異質(zhì)結(jié)TFET器件REF_Ref66911945\r\h\#"[0]"[23]。2013年，Kumar等人對本征硅薄膜上的無摻雜隧穿場效應(yīng)晶體管進(jìn)行了詳細(xì)研究，在不采用任何摻雜手段的情況下，利用電荷等離子體的方式形成無摻雜TFET的源區(qū)與漏區(qū)。經(jīng)過測試可得，無摻雜TFET與采用常規(guī)摻雜工藝形成的TFET的功能相類似，而不經(jīng)過高溫?fù)诫s/退火工藝，且不會受隨機(jī)摻雜劑波動的影響。這意味著在晶圓尺度外延形成的玻璃襯底上制造單晶硅上的TFET成為可能。2013年，復(fù)旦大學(xué)的王鵬飛研究小組提出了具有U型溝道的TFET器件。U型TFET的柵極金屬較為狹長，一直深入到襯底內(nèi)部，器件的溝道部分因此呈現(xiàn)出“U”的形狀，其器件結(jié)構(gòu)在圖1.2中給出REF_Ref66569251\r\h\#"[0]"[24]。該器件的源區(qū)由Si/SiGe異質(zhì)結(jié)構(gòu)成，增大了源區(qū)與襯底之間的能帶彎曲程度。此外，該器件的亞閾值擺幅突破了60mV/dec的理論極限，獲得了較高的開關(guān)電流比。2014年，黃如院士研發(fā)出一種有著更高導(dǎo)通電流以及更加陡直亞閾值斜率的T型柵結(jié)構(gòu)的隧穿場效應(yīng)晶體管，該器件實現(xiàn)了TFET源區(qū)包圍溝道的設(shè)想，使得器件的導(dǎo)通電流獲得顯著提高REF_Ref66569308\r\h\#"[0]"[25]。2014年，東芝公司采用與CMOS工藝相兼容的工藝技術(shù)研發(fā)出了可應(yīng)用于超低功耗MCU領(lǐng)域的新型TFET，該TFET可以令MCU的功耗減小至10%以下REF_Ref66569358\r\h\#"[0]"[26]。同年，賓夕法尼亞大學(xué)的研究者們提出了基于TFET的邏輯門，經(jīng)過與CMOS邏輯門電路設(shè)計過程的對比可知，電路實現(xiàn)相同的邏輯功能所需的TFET器件數(shù)量更少，硅基TFET在低功耗數(shù)字電路中的性能比常規(guī)MOSFET的性能好得多REF_Ref66569422\r\h\#"[0]"[27]。U型溝道TFET器件結(jié)構(gòu)2015年，韓國忠南大學(xué)的SangWanKim等人首次提出了L型TFET，基本的器件結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，L型TFET的源區(qū)采用禁帶寬度較小的材料，通過將柵改變?yōu)長型，使得TFET內(nèi)部的隧穿方向與溝道垂直，并且在滿足器件尺寸不斷縮小的前提下實現(xiàn)了隧穿面積的增大REF_Ref66569515\r\h\#"[0]"[28]。當(dāng)驅(qū)動電壓同為0.8V時，其開態(tài)電流在傳統(tǒng)的平面型TFET導(dǎo)通電流的基礎(chǔ)上可以提升近3個數(shù)量級。L型TFET器件結(jié)構(gòu)2016年，中芯國際集成電路有限公司提出一種結(jié)構(gòu)新穎的互補(bǔ)性TFET，該互補(bǔ)型TFET中同時包含了一個P型TFET和一個N型TFET，其各自的有源區(qū)材料分別選取InSb和GaSb，在滿足禁帶寬度較窄的同時具有較高的遷移率。采用上述結(jié)構(gòu)，使得TFET的導(dǎo)通電流更大，器件的電學(xué)性能更為理想。2016年，中芯國際集成電路制造有限公司將垂直鰭式場效應(yīng)晶體管的設(shè)計研究作為其重點研究方向并取得了重大突破，與此同時，中國上海集成電路研發(fā)中心、意法半導(dǎo)體等機(jī)構(gòu)也分別各自提出了鰭式TFET器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案與工藝制備方法，鰭式TFET成為研究熱點，引起廣泛關(guān)注。同年，國內(nèi)王艷福等人研制出了一種非對稱柵隧穿場效應(yīng)晶體管（AG-TFET），該器件結(jié)合了TFET器件和JLFET器件兩種器件的優(yōu)點，在未來有望被用于低功耗集成電路中REF_Ref66569605\r\h\#"[0]"[29]。2018年，國內(nèi)孟雨、王晶等人設(shè)計了一種新型PNIN結(jié)構(gòu)的TFET器件，此設(shè)計通過在源區(qū)與溝道之間添加一段與源區(qū)摻雜性質(zhì)相反的高摻雜區(qū)，加強(qiáng)源區(qū)到溝道的轉(zhuǎn)變，從而提升其開態(tài)電流REF_Ref66569646\r\h\#"[0]"[30]。同年10月，西安電子科技大學(xué)的科研團(tuán)隊提出一種新型的硅基T型柵雙源區(qū)TFET結(jié)構(gòu)，上述TFET的電學(xué)仿真特性較為理想，雙源區(qū)的結(jié)構(gòu)能夠使器件內(nèi)部的隧穿區(qū)域增加一倍，進(jìn)而使得TFET的開態(tài)電流獲得提升。2019年，美國的SahooSasmita提出了一種新型的Z形柵極TFET結(jié)構(gòu)，在TFET的源極下方插入了一個水平的N+pocketREF_Ref66910857\r\h\#"[0]"[31]。由于垂直隧穿和HfO2柵氧化物的存在，以及在源區(qū)中放置水平pocket層，使得Z-TFET結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電流比傳統(tǒng)的TFET提高約20倍。同年，韓國的YunSeunghyun提出了一種新型的“F形”隧穿場效應(yīng)晶體管，它具有高摻雜的超薄源區(qū)，同時源區(qū)被周圍輕摻雜區(qū)域所包圍REF_Ref66910920\r\h\#"[0]"[32]。仿真結(jié)果表明，與L形TFET相比，F(xiàn)形TFET可以降低導(dǎo)通電壓（Von降低了0.4V）并保持高的導(dǎo)通電流（Ion提高了4.8倍）。此外，伊朗的Mohammad提出了一種結(jié)構(gòu)新穎的納米級TFET，該TFET源區(qū)的特定區(qū)域被重?fù)诫s的N型硅材料代替，在源區(qū)內(nèi)部形成隧穿二極管，并且柵極金屬被有意地延伸到源極中，以便在源極區(qū)域內(nèi)部更多地耦合所產(chǎn)生的隧穿二極管REF_Ref66910968\r\h\#"[0]"[33]。這種新型TFET通過改變溝道的勢壘，增大了開關(guān)電流比并降低了泄漏電流，但該TFET的工藝復(fù)雜度較高。2020年，伊朗的Danial提出了一種新型的柵全環(huán)芯源InGaAs/InPTFET結(jié)構(gòu)，該TFET的電流機(jī)制為線隧穿，發(fā)生在源區(qū)的窄帶隙材料和溝道的寬帶隙材料所組成的異質(zhì)結(jié)上，通過在溝道區(qū)中同時采用兩種不同的摻雜濃度以及在漏區(qū)中采用寬帶隙材料減小了關(guān)態(tài)電流REF_Ref66911022\r\h\#"[0]"[34]。同年，國內(nèi)的ChenShupeng研究并提出了一種無摻雜鰭狀SiGe溝道TFET（DF-TFET），為了形成高效的無摻雜線隧穿結(jié)，引入了鰭形的SiGe溝道和柵極/源極重疊結(jié)構(gòu)，通過上述辦法獲得了高的導(dǎo)通電流及開關(guān)電流比，雖然減小了器件體積但對工藝精度要求較為嚴(yán)格REF_Ref66911073\r\h\#"[0]"[35]。綜上所述，為了解決TFET導(dǎo)通電流小、電流驅(qū)動能力弱的問題，國內(nèi)