具有均匀栅介质的双材料双栅源口袋隧穿场效应晶体管：结构与材料参数的计算分析以提升性能
应用物理
2025-06-11 v1
摘要
双材料双栅隧穿场效应晶体管（DMDG TFET）因其增强的静电控制和优越的开关特性而成为低功耗、高速电子器件的有力候选方案。在源极与沟道之间集成一个口袋区域，其掺杂方向与源极相反，可进一步通过调节隧穿结处的电场来提高隧穿效率。这种组合架构被称为 DMDG 源口袋 TFET（DMDG-SP TFET），与传统的 TFET 相比实现了更高的导通电流和更低的亚阈值摆幅。此前的 DMDG-SP TFET 设计主要采用异质栅介质，由两种堆叠的绝缘体组成以增强栅控制和隧穿调制。然而，此类异质栅介质增加了制造复杂度，并可能因材料不兼容而降低器件可靠性。本工作提出了一种采用均匀栅介质的硅基 DMDG-SP TFET，通过基于 Silvaco Atlas 的二维 TCAD 仿真进行研究，旨在简化制造工艺而不牺牲性能。口袋的存在使导通电流相比无口袋器件提高了 6.7 倍，亚阈值摆幅降低了 1.7 倍。在有口袋器件中，双材料栅相比单材料栅将导通电流提升了 45%，导通/关断电流比提升了 59%。详细的仿真分析了栅金属功函数和长度、栅介电常数以及各区域的掺杂密度和长度等效应。优化后的器件实现了 3.16×10⁻⁴ A/μm 的导通电流、1.54×10⁻¹⁷ A/μm 的关断电流、2.05×10¹³ 的导通/关断比以及 6.29 mV/decade 的亚阈值斜率。这些发现为设计可制造、高性能的硅基同质结 DMDG-SP TFET 提供了关键见解，适用于下一代低功耗集成电路。
引用
@article{arxiv.2506.08556,
title = {Dual-Material Double-Gate Source-Pocket Tunnel Field Effect Transistor with Homogeneous Gate Dielectric: Computational Analysis of Structural and Material Parameters for Enhanced Performance},
author = {Ramisa Fariha and Saikat Das and Labiba Tanjil Nida and Abeer Khan and Md Tashfiq Bin Kashem},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.08556},
year = {2025}
}