隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管（TFET）的工作機(jī)制分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u23589隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管（TFET）的工作機(jī)制分析綜述 [43]。TFET不同工作狀態(tài)下的能帶結(jié)構(gòu)圖（a）關(guān)斷狀態(tài)；（b）開(kāi)啟狀態(tài)TFET在正常工作的時(shí)候，源極接參考電壓，柵極和漏極上均施加正向偏壓，外接電壓不同時(shí)TFET器件的工作模式將存在差異。柵極電壓較小時(shí)，TFET的源區(qū)價(jià)帶和本征區(qū)導(dǎo)帶之間不發(fā)生重疊，不滿足隧穿的條件（如圖2.5（a））。柵壓增加到一定值后，本征區(qū)能帶將向下移動(dòng)，直至與源區(qū)價(jià)帶發(fā)生重疊，此時(shí)基于帶帶隧穿機(jī)制，電子可以從源區(qū)的價(jià)帶隧穿進(jìn)入到本征區(qū)的導(dǎo)帶，并在這一過(guò)程中產(chǎn)生隧穿電流。當(dāng)提供更高的正向柵壓后，TFET的源區(qū)與溝道之間的勢(shì)壘寬度繼續(xù)變窄，使得電子的隧穿距離變得更短，從而更多的電子能夠從源區(qū)價(jià)帶隧穿到溝道導(dǎo)帶，導(dǎo)致TFET的隧穿電流迅速提高，同時(shí)，在漏電壓的作用下可形成正向漏電流，這更促進(jìn)了隧穿電流的增大。如圖2.5（b）所示，TFET此時(shí)處于開(kāi)啟狀態(tài)。TFET與MOSFET優(yōu)勢(shì)對(duì)比分析現(xiàn)將TFET與MOSFET的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行對(duì)比分析，分別闡述兩種器件在物理結(jié)構(gòu)和電流注入機(jī)理上的區(qū)別。圖2.6所示為N溝道MOSFET的橫截面示意圖，該器件的源區(qū)一般采用與漏區(qū)相同的摻雜類型，而TFET器件的源區(qū)和漏區(qū)分別進(jìn)行N型摻雜與P型摻雜。兩種器件結(jié)構(gòu)的細(xì)微差異，使得TFET的載流子注入機(jī)理與器件工作機(jī)制完全不同于MOSFET。N溝道MOSFET基本結(jié)構(gòu)示意圖MOSFET器件可以通過(guò)施加不同的柵電壓對(duì)溝道勢(shì)壘進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)熱載流子注入的方式將源區(qū)的載流子注入到溝道區(qū)，其工作原理如圖2.7(a)所示REF_Ref66570963\r\h\#"[0"[44-REF_Ref66913982\r\h\#0]"45]。當(dāng)MOSFET處于截至狀態(tài)時(shí)，溝道勢(shì)壘的高度變大，載流子從源區(qū)注入到漏區(qū)的難度增加，因而產(chǎn)生的泄漏電流較小。當(dāng)MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，通過(guò)柵電壓調(diào)控溝道勢(shì)壘，使得從源區(qū)注入到溝道區(qū)域的載流子數(shù)量按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)，此時(shí)器件產(chǎn)生的電流迅速增大。根據(jù)載流子的熱分布，現(xiàn)階段室溫下MOSFET產(chǎn)生的電流會(huì)被限制在60mV/dec的亞閾值擺幅。在上述過(guò)程MOSFET器件中熱載流子形成的電流可以表示為： (2-14)（a）（b）傳統(tǒng)TFET與MOSFET的工作原理對(duì)比示意圖（a）TFET工作原理圖；（b）MOSFET工作原理圖與MOSFET器件的工作原理類似，TFET器件也是通過(guò)柵電壓控制溝道的勢(shì)壘，但TFET器件中的載流子是基于帶帶隧穿的機(jī)制從源區(qū)越過(guò)勢(shì)壘到達(dá)溝道區(qū)域，具體工作原理如圖2.7(b)所示。TFET器件中載流子的注入不依賴溫度，使得TFE