隧穿場(chǎng)效應管是什么？好文分享-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2021-01-12
在傳統MOSFET中，載流子從源極越過(guò)pn結勢壘熱注入到溝道中。而隧穿場(chǎng)效應晶體管（Tunneling Field-Effect Transistor或者TFET）的工作原理是帶間隧穿（Band-to-band tunneling或者BTBT）。
BTBT最早由Zener在1934年提出來(lái)。pn結在反偏狀態(tài)下，當n區導帶中某些未被電子占據的空能態(tài)與p區價(jià)帶中某些被電子占據的能態(tài)具有相同的能量，而且勢壘區很窄時(shí)，電子會(huì )從p區價(jià)帶隧穿到n區導帶。
下圖是一個(gè)典型的雙柵結構的Si TFET示意圖，其中tox表示柵介質(zhì)的厚度，tsi表示體硅的厚度。TFET是一個(gè)p+-i-n+結構，i區上方是柵介質(zhì)和柵電極。它通過(guò)柵極電壓的變化調制i區的能帶來(lái)控制器件的電流。
在理想狀態(tài)下，一個(gè)p+區和n+區摻雜對稱(chēng)的TFET在不同極性的柵極電壓偏置下可以表現出雙極性。
所以對于n型TFET來(lái)說(shuō)，p+區是源區，i區是溝道區，n+區是漏區。對于p型TFET來(lái)說(shuō)，p+區是漏區，i區是溝道區，n+區是源區。漏極電壓用Vd表示，柵極電壓用Vs表示，柵極電壓用Vg表示。
隧穿場(chǎng)效應管（TFET）的工作原理是帶間隧穿，其S可以突破60mV/decade的限制，而且TFET的Ioff非常低，所以TFET的工作電壓可以進(jìn)一步地降低。
如下圖中的虛線(xiàn)所示，在比較小的柵電壓條件下，TFET的Ion和Ion/Ioff都會(huì )大于傳統MOSFTE的Ion和Ion/Ioff。所以TFET被看做是非常有前景的低工作電壓和低功耗的邏輯CMOS器件。
除了使用多柵結構提高器件的柵控能力和S小于60mV/decade的TFET，另一種減小集成電路功耗的方法是降低晶體管的工作電壓Vdd。
傳統的MOSFET等比例縮小原則假設閾值電壓也能等比例的縮小，但是實(shí)際上閾值電壓并不遵循這樣的原則。所以持續地減小工作電壓必然會(huì )導致柵極的驅動(dòng)能力（Vdd-Vth）降低。
當柵極驅動(dòng)能力降低時(shí)，器件的驅動(dòng)電流Ion會(huì )減小。Ion的減小使器件的延遲（t=CVdd/Ion）增加或者器件的開(kāi)關(guān)速度減小。
由于InAs和GaAs的電子遷移率高于Si的電子遷移率，Ge和InSb的空穴遷移率高于Si的空穴遷移率，如果選用上述高遷移率的材料作為器件的溝道材料可以緩解（Vdd-Vth）的降低帶來(lái)的Ion減小，所以在高速度和低功耗的集成電路中，III-V材料和Ge都是很有前景的器件溝道材料。
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