一种新型隧穿晶体管的理论模型

本文研究一种无异质结的隧穿晶体管理论设计，或更准确地说，通过势垒电势控制电子电流传输。电子从源极的导带穿过沟道的禁带 $E_g$ 隧穿至漏极的导带。以 InAs-InAs-InAs、Au-GaSe-Au 和 Al-AlN-Al 结构为例，在氦温下计算的隧穿电流 $J$ 表明：在源-漏电压 $V_C$ 为几 mV 恒定条件下，施加于沟道、电压范围在 0 - $E_g/$2e 内的栅电压 $V_G$ 变化可使 $J$ 改变甚至达 10 个数量级。与隧穿场效应晶体管（TFET）等现有方案不同，所提器件利用 $V_G$（栅电压）的变化，即沟道中静电势的变化，来改变隧穿电流电子的虚波矢 $k_z$。因此，栅电压控制电子波函数的阻尼力，从而控制隧穿电流 $J$ 的大小。本文还测试了温度升高 $T$ 对 $J(V_G)$ 关系的影响。发现仅在具有宽禁带沟道间隙的结构中该影响不显著（至少至 T=300 K）。