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隧穿场效应晶体管（TFET）的工作机制分析综述目录TOC\o"1-3"\h\u23589隧穿场效应晶体管（TFET）的工作机制分析综述 [43]。TFET不同工作状态下的能带结构图（a）关断状态；（b）开启状态TFET在正常工作的时候，源极接参考电压，栅极和漏极上均施加正向偏压，外接电压不同时TFET器件的工作模式将存在差异。栅极电压较小时，TFET的源区价带和本征区导带之间不发生重叠，不满足隧穿的条件（如图2.5（a））。栅压增加到一定值后，本征区能带将向下移动，直至与源区价带发生重叠，此时基于带带隧穿机制，电子可以从源区的价带隧穿进入到本征区的导带，并在这一过程中产生隧穿电流。当提供更高的正向栅压后，TFET的源区与沟道之间的势垒宽度继续变窄，使得电子的隧穿距离变得更短，从而更多的电子能够从源区价带隧穿到沟道导带，导致TFET的隧穿电流迅速提高，同时，在漏电压的作用下可形成正向漏电流，这更促进了隧穿电流的增大。如图2.5（b）所示，TFET此时处于开启状态。TFET与MOSFET优势对比分析现将TFET与MOSFET的优势进行对比分析，分别阐述两种器件在物理结构和电流注入机理上的区别。图2.6所示为N沟道MOSFET的横截面示意图，该器件的源区一般采用与漏区相同的掺杂类型，而TFET器件的源区和漏区分别进行N型掺杂与P型掺杂。两种器件结构的细微差异，使得TFET的载流子注入机理与器件工作机制完全不同于MOSFET。N沟道MOSFET基本结构示意图MOSFET器件可以通过施加不同的栅电压对沟道势垒进行调控，通过热载流子注入的方式将源区的载流子注入到沟道区，其工作原理如图2.7(a)所示REF_Ref66570963\r\h\#"[0"[44-REF_Ref66913982\r\h\#0]"45]。当MOSFET处于截至状态时，沟道势垒的高度变大，载流子从源区注入到漏区的难度增加，因而产生的泄漏电流较小。当MOSFET处于导通状态时，通过栅电压调控沟道势垒，使得从源区注入到沟道区域的载流子数量按指数规律增长，此时器件产生的电流迅速增大。根据载流子的热分布，现阶段室温下MOSFET产生的电流会被限制在60mV/dec的亚阈值摆幅。在上述过程MOSFET器件中热载流子形成的电流可以表示为： (2-14)（a）（b）传统TFET与MOSFET的工作原理对比示意图（a）TFET工作原理图；（b）MOSFET工作原理图与MOSFET器件的工作原理类似，TFET器件也是通过栅电压控制沟道的势垒，但TFET器件中的载流子是基于带带隧穿的机制从源区越过势垒到达沟道区域，具体工作原理如图2.7(b)所示。TFET器件中载流子的注入不依赖温度，使得TFE
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