基于分析电位的全能栅极纳米线隧道FET模型

本文介绍了一种基于分析电位的全能栅极硅纳米线隧道场效应晶体管（NW-TFETs）的电流模型。研究论文详细探讨了在亚阈值区域具有卓越性能的隧道场效应晶体管（TFETs）的发展，以及由于它们高ON-OFF电流比、低于60 mV/dec的亚阈值摆动（SS）和低漏电流消耗而被选择使用的优点。 文章提出了一个分析性电位模型来预测和模拟基于全能栅极（GAA）的硅纳米线隧道FETs。在研究中，作者解决了三维泊松方程以获取纳米线隧道FET器件沿通道方向分区区域内的表面电位分布，并使用Kane公式开发了隧道电流模型。模型的验证通过模型预测与TCAD（技术计算机辅助设计）模拟结果之间的一致性来完成。 隧道FET（TFET）近年来在半导体学术和工业领域引起了极大的关注，特别是在亚阈值区域的性能优越。与传统的MOSFETs相比，TFET具有竞争力，因为它们拥有高ON-OFF电流比、较低的亚阈值摆动（SS）和低泄漏功率消耗。然而，TFET在硅体中大带隙导致的带间隧穿（BTBT）效率较低，导致ON电流较低。为了获得高ON电流和小的SS，全能栅极纳米线隧道FET（GAA NW-TFETs）被认为是高效的器件候选。 近年来，NW-TFET工艺技术和制造措施已经成熟，并且发表了大量研究论文。然而，目前对于NW-TFET的紧凑模型用于电路性能预测和仿真方面的进展较少。大多数工作仅关注于NW-TFET的经验模型开发。到目前为止，尚未有完整的GAA NW-TFET的分析性模型供器件科学家和电路设计师测试和仿真该器件的电路性能。 本研究的目的是为了填补这一空白，并提出一种基于表面电位解决方案的分析性电位模型。该模型不仅考虑了带间隧穿效率，而且通过解决三维泊松方程得到了通道方向上分区区域内的表面电位分布，进一步利用Kane公式开发了隧道电流模型。模型的有效性通过与TCAD模拟结果的良好一致得以证明。 文中关键词包括全能栅极（GAA）、纳米线隧道FETs（NW-TFETs）、带间隧穿（BTBT）以及分析模型。这些关键词概括了文章的研究重点，即利用分析方法来理解和预测GAA结构的NW-TFETs在不同工作条件下的性能。 在半导体领域，TFET技术因其独特的物理原理和优越的性能参数，在低功耗电子设备中具有广阔的应用前景。特别是随着纳米技术的不断进步，GAA结构的NW-TFETs成为业界关注的焦点，因为这种结构能够有效提高器件的电荷载流子注入效率和控制能力，从而改善器件的性能。 本研究中提出的电流模型不仅为设计和分析GAA结构的NW-TFETs提供了理论基础，而且为未来的器件模型化和电路设计工作提供了重要的参考。随着半导体技术的快速发展，这样的模型化工作对于推动器件工艺进步和提高集成电路设计效率具有极其重要的意义。