【《隧穿场效应晶体管（TFET）的国内外研究现状文献综述》2500字】

隧穿场效应晶体管（TFET）的国内外研究现状文献综述TFET器件的多种优势引起了国内外众多科研机构与研究人员的密切关注，近年来围绕TFET器件的研究工作进行得如火如荼，相关的科研成果层出不穷。综合来看，对于TFET器件的研究主要从对TFET器件结构的设计、创新与优化，以及对适用于TFET的新型材料的探索这两方面展开。2006年，QinZhang等人详细研究了SOI衬底上的TFET器件的电学特性，由隧穿理论推导得出了TFET的亚阈值摆幅能够突破60mV/dec理论极限的结论，为TFET器件在低功耗集成电路中的研究和应用奠定了基础REF_Ref66568846\r\h\#"[0]"[17]。2009年，SungHwanKim等人提出一种源区采用锗材料的TFET器件结构，使载流子的隧穿距离大幅减小，实现了隧穿几率与开关电流比的有效提升，该结构的开关电流比高达3×106REF_Ref66568899\r\h\#"[0]"[18]。同年，OsamaM.Nayfeh等人将全局应变技术应用于TFET器件，提出了基于带带隧穿的应变Si1-xGexTFET，实验结果表明，采用57%的Ge组分与4×1015cm-2的掺杂浓度可以获得相对理想的TFET开关性能REF_Ref66568952\r\h\#"[0]"[19]。2010年，HasanaliG.Viral等人在TFET栅极的内外侧采用了双层介质侧墙，在靠近栅极内侧的侧墙介电常数更高，该措施降低了载流子在P-I结处的隧穿几率，提高了TFET的驱动电流REF_Ref66569023\r\h\#"[0]"[20]。2011年，RamanathanGandhi等人提出一种纵向硅基纳米线的环栅TFET器件，这种TFET结构尽管可以抑制器件的双极性导通、增加栅压对载流子隧穿的控制能力，但在器件内部需要高浓度梯度的掺杂，工艺较为复杂REF_Ref66569085\r\h\#"[0]"[21]。2012年，香港科技大学的LiningZhang等人提出一种采用双栅的TFET器件模型REF_Ref66569150\r\h\#"[0]"[22]。同年，RuiLi等人提出了具有良好导通特性的AlGaSb/InAs异质结TFET器件REF_Ref66911945\r\h\#"[0]"[23]。2013年，Kumar等人对本征硅薄膜上的无掺杂隧穿场效应晶体管进行了详细研究，在不采用任何掺杂手段的情况下，利用电荷等离子体的方式形成无掺杂TFET的源区与漏区。经过测试可得，无掺杂TFET与采用常规掺杂工艺形成的TFET的功能相类似，而不经过高温掺杂/退火工艺，且不会受随机掺杂剂波动的影响。这意味着在晶圆尺度外延形成的玻璃衬底上制造单晶硅上的TFET成为可能。2013年，复旦大学的王鹏飞研究小组提出了具有U型沟道的TFET器件。U型TFET的栅极金属较为狭长，一直深入到衬底内部，器件的沟道部分因此呈现出“U”的形状，其器件结构在图1.2中给出REF_Ref66569251\r\h\#"[0]"[24]。该器件的源区由Si/SiGe异质结构成，增大了源区与衬底之间的能带弯曲程度。此外，该器件的亚阈值摆幅突破了60mV/dec的理论极限，获得了较高的开关电流比。2014年，黄如院士研发出一种有着更高导通电流以及更加陡直亚阈值斜率的T型栅结构的隧穿场效应晶体管，该器件实现了TFET源区包围沟道的设想，使得器件的导通电流获得显著提高REF_Ref66569308\r\h\#"[0]"[25]。2014年，东芝公司采用与CMOS工艺相兼容的工艺技术研发出了可应用于超低功耗MCU领域的新型TFET，该TFET可以令MCU的功耗减小至10%以下REF_Ref66569358\r\h\#"[0]"[26]。同年，宾夕法尼亚大学的研究者们提出了基于TFET的逻辑门，经过与CMOS逻辑门电路设计过程的对比可知，电路实现相同的逻辑功能所需的TFET器件数量更少，硅基TFET在低功耗数字电路中的性能比常规MOSFET的性能好得多REF_Ref66569422\r\h\#"[0]"[27]。U型沟道TFET器件结构2015年，韩国忠南大学的SangWanKim等人首次提出了L型TFET，基本的器件结构如图1.1所示，L型TFET的源区采用禁带宽度较小的材料，通过将栅改变为L型，使得TFET内部的隧穿方向与沟道垂直，并且在满足器件尺寸不断缩小的前提下实现了隧穿面积的增大REF_Ref66569515\r\h\#"[0]"[28]。当驱动电压同为0.8V时，其开态电流在传统的平面型TFET导通电流的基础上可以提升近3个数量级。L型TFET器件结构2016年，中芯国际集成电路有限公司提出一种结构新颖的互补性TFET，该互补型TFET中同时包含了一个P型TFET和一个N型TFET，其各自的有源区材料分别选取InSb和GaSb，在满足禁带宽度较窄的同时具有较高的迁移率。采用上述结构，使得TFET的导通电流更大，器件的电学性能更为理想。2016年，中芯国际集成电路制造有限公司将垂直鳍式场效应晶体管的设计研究作为其重点研究方向并取得了重大突破，与此同时，中国上海集成电路研发中心、意法半导体等机构也分别各自提出了鳍式TFET器件的结构设计方案与工艺制备方法，鳍式TFET成为研究热点，引起广泛关注。同年，国内王艳福等人研制出了一种非对称栅隧穿场效应晶体管（AG-TFET），该器件结合了TFET器件和JLFET器件两种器件的优点，在未来有望被用于低功耗集成电路中REF_Ref66569605\r\h\#"[0]"[29]。2018年，国内孟雨、王晶等人设计了一种新型PNIN结构的TFET器件，此设计通过在源区与沟道之间添加一段与源区掺杂性质相反的高掺杂区，加强源区到沟道的转变，从而提升其开态电流REF_Ref66569646\r\h\#"[0]"[30]。同年10月，西安电子科技大学的科研团队提出一种新型的硅基T型栅双源区TFET结构，上述TFET的电学仿真特性较为理想，双源区的结构能够使器件内部的隧穿区域增加一倍，进而使得TFET的开态电流获得提升。2019年，美国的SahooSasmita提出了一种新型的Z形栅极TFET结构，在TFET的源极下方插入了一个水平的N+pocketREF_Ref66910857\r\h\#"[0]"[31]。由于垂直隧穿和HfO2栅氧化物的存在，以及在源区中放置水平pocket层，使得Z-TFET结构的导通电流比传统的TFET提高约20倍。同年，韩国的YunSeunghyun提出了一种新型的“F形”隧穿场效应晶体管，它具有高掺杂的超薄源区，同时源区被周围轻掺杂区域所包围REF_Ref66910920\r\h\#"[0]"[32]。仿真结果表明，与L形TFET相比，F形TFET可以降低导通电压（Von降低了0.4V）并保持高的导通电流（Ion提高了4.8倍）。此外，伊朗的Mohammad提出了一种结构新颖的纳米级TFET，该TFET源区的特定区域被重掺杂的N型硅材料代替，在源区内部形成隧穿二极管，并且栅极金属被有意地延伸到源极中，以便在源极区域内部更多地耦合所产生的隧穿二极管REF_Ref66910968\r\h\#"[0]"[33]。这种新型TFET通过改变沟道的势垒，增大了开关电流比并降低了泄漏电流，但该TFET的工艺复杂度较高。2020年，伊朗的Danial提出了一种新型的栅全环芯源InGaAs/InPTFET结构，该TFET的电流机制为线隧穿，发生在源区的窄带隙材料和沟道的宽带隙材料所组成的异质结上，通过在沟道区中同时采用两种不同的掺杂浓度以及在漏区中采用宽带隙材料减小了关态电流REF_Ref66911022\r\h\#"[0]"[34]。同年，国内的ChenShupeng研究并提出了一种无掺杂鳍状SiGe沟道TFET（DF-TFET），为了形成高效的无掺杂线隧穿结，引入了鳍形的SiGe沟道和栅极/源极重叠结构，通过上述办法获得了高的导通电流及开关电流比，虽然减小了器件体积但对工艺精度要求较为严格REF_Ref66911073\r\h\#"[0]"[35]。综上所述，为了解决TFET导通电流小、电流驱动能力弱的问题，国内