隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管中聲子及缺陷Zener輔助隧穿效應(yīng)的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、低能耗的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFETs)作為傳統(tǒng)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFETs)的潛在替代者而受到人們廣泛關(guān)注.與MOSFETs不同,TFETs的工作原理是載流子的Zener隧穿機(jī)制,因此,在室溫下不受60mV/decade亞閾值擺幅(SS)的限制.然而,由于缺陷和聲子輔助隧穿作用,現(xiàn)實(shí)中很難獲得陡峭的SS和比較大的開態(tài)電流.禁帶中的缺陷態(tài)作為價(jià)帶到導(dǎo)帶隧穿的跳板增加了開態(tài)電流的同時(shí)也增加了漏電流,進(jìn)而降低了器件的性能.

2、本文基于有效質(zhì)量近似,分別研究了直接帶隙和間接帶隙半導(dǎo)體中的Zener隧穿以及缺陷的影響.主要研究內(nèi)容和所得結(jié)果概括如下:
  (1)直接帶隙半導(dǎo)體中的Zener隧穿.采用修正的轉(zhuǎn)移矩陣方法,討論了單層MoS2納米帶中的Zener隧穿電流以及缺陷的影響.與Kane方法的結(jié)果對(duì)比顯示,修正過后的轉(zhuǎn)移矩陣方法對(duì)于二維正弦靜電勢(shì)模型同樣適用.不同于導(dǎo)帶間的隧穿,缺陷態(tài)引起的Zener共振隧穿較為復(fù)雜,共振隧穿能級(jí)難以確定.另外,數(shù)值計(jì)算

3、結(jié)果與精確的第一性原理結(jié)果符合的很好,缺陷確實(shí)可以在不改變SS的情況下,增加器件的開啟電流.缺陷勢(shì)阱對(duì)Zener隧穿的影響與共振隧穿能級(jí)和缺陷的位置有關(guān),與具體的缺陷勢(shì)阱寬度和深度取值關(guān)系不大,當(dāng)能級(jí)靠近導(dǎo)帶底或價(jià)帶頂,或者缺陷位置靠近n-端或p-端時(shí),缺陷對(duì)電流的貢獻(xiàn)減小.
  (2)聲子輔助Zener隧穿.通過費(fèi)米黃金規(guī)則給出了一個(gè)計(jì)算間接帶隙半導(dǎo)體中聲子輔助Zener隧穿電流密度的公式.結(jié)果顯示,相比于其他聲子模,橫聲學(xué)聲子

4、模在硅的聲子輔助Zener隧穿過程中起主要作用.由于轉(zhuǎn)移矩陣方法考慮了反射波的耦合作用以及價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底的波矢差別,其電流密度要略大于WKB方法的計(jì)算結(jié)果.但是,由于高估了價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的耦合效應(yīng),導(dǎo)致本文了的計(jì)算結(jié)果比Kane模型大一個(gè)數(shù)量級(jí)左右.
  (3)缺陷存在的聲子輔助Zener隧穿.分析了間接帶隙半導(dǎo)體中缺陷位置、缺陷勢(shì)阱深度以及缺陷濃度等對(duì)隧穿電流密度的影響.與直接Zener隧穿模型不同,聲子輔助Zener隧穿模型中

5、電流密度隨溫度的升高而略有增加;輸運(yùn)電子曲線有兩個(gè)隧穿共振峰,分別對(duì)應(yīng)于電子發(fā)射和吸收一個(gè)聲子達(dá)到缺陷態(tài)能級(jí)發(fā)生的共振隧穿.結(jié)果顯示,缺陷位置靠近n-端以及深能級(jí)缺陷對(duì)低偏壓和低電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)的電流密度影響大,增加了器件的SS;當(dāng)缺陷位置靠近p-端時(shí),增加了器件的開啟電流,淺能級(jí)缺陷則對(duì)器件電流的影響不大.另外,缺陷濃度每增加一個(gè)數(shù)量級(jí),低電場(chǎng)強(qiáng)度的總電流密度也增大十倍左右,而高電場(chǎng)強(qiáng)度的電流密度基本不變,從而增大了器件的SS.
  

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