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环栅树状场效应晶体管的电学特性
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作者 刘江南 刘伟景 +1 位作者 潘信甫 李清华 《半导体技术》 CAS 北大核心 2023年第8期652-657,共6页
环栅树状场效应晶体管(GAA-TreeFET)是一种在纳米片结构中引入鳍型内桥沟道的新型环栅器件,可以在相同平面面积上实现更大的驱动电流。基于Sentaurus TCAD数值仿真,构建了TreeFET结构模型,通过改变其内桥宽度(WIB)和内桥高度(HIB),分析... 环栅树状场效应晶体管(GAA-TreeFET)是一种在纳米片结构中引入鳍型内桥沟道的新型环栅器件,可以在相同平面面积上实现更大的驱动电流。基于Sentaurus TCAD数值仿真,构建了TreeFET结构模型,通过改变其内桥宽度(WIB)和内桥高度(HIB),分析了鳍型内桥结构参数对TreeFET电学特性的影响。结果表明,随着内桥宽度的减小,器件短沟道效应得到抑制,纳米片中的电子密度上升。随着内桥高度的增加,器件驱动电流增大,栅控能力增强;然而,内桥高度的增加也导致了载流子的输运路径变长,限制了器件电学性能的优化。所获得的仿真结果和理论分析对TreeFET电学性能的进一步优化以及未来高性能集成电路器件的设计和应用有一定的参考意义。 展开更多
关键词 环栅(gaa) 树状场效应晶体管(TreeFET) 鳍型内桥沟道 电学特性 TCAD
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Design optimization of a silicon-germanium heterojunction negative capacitance gate-all-around tunneling field effect transistor based on a simulation study
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作者 魏伟杰 吕伟锋 +2 位作者 韩颖 张彩云 谌登科 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期436-442,共7页
The steep sub-threshold swing of a tunneling field-effect transistor(TFET)makes it one of the best candidates for lowpower nanometer devices.However,the low driving capability of TFETs prevents their application in in... The steep sub-threshold swing of a tunneling field-effect transistor(TFET)makes it one of the best candidates for lowpower nanometer devices.However,the low driving capability of TFETs prevents their application in integrated circuits.In this study,an innovative gate-all-around(GAA)TFET,which represents a negative capacitance GAA gate-to-source overlap TFET(NCGAA-SOL-TFET),is proposed to increase the driving current.The proposed NCGAA-SOL-TFET is developed based on technology computer-aided design(TCAD)simulations.The proposed structure can solve the problem of the insufficient driving capability of conventional TFETs and is suitable for sub-3-nm nodes.In addition,due to the negative capacitance effect,the surface potential of the channel can be amplified,thus enhancing the driving current.The gateto-source overlap(SOL)technique is used for the first time in an NCGAA-TFET to increase the band-to-band tunneling rate and tunneling area at the silicon-germanium heterojunction.By optimizing the design of the proposed structure via adjusting the SOL length and the ferroelectric layer thickness,a sufficiently large on-state current of 17.20μA can be achieved and the threshold voltage can be reduced to 0.31 V with a sub-threshold swing of 44.98 mV/decade.Finally,the proposed NCGAA-SOL-TFET can overcome the Boltzmann limit-related problem,achieving a driving current that is comparable to that of the traditional complementary metal-oxide semiconductor devices. 展开更多
关键词 negative capacitance(NC) gate-all-around(gaa) silicon-germanium heterojunction gate-tosource overlap(SOL)
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Design and investigation of doping-less gate-all-around TFET with Mg_(2)Si source material for low power and enhanced performance applications
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作者 Pranav Agarwal Sankalp Rai +1 位作者 Rakshit Y.A Varun Mishra 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第10期615-624,共10页
Metal–oxide–semiconductor field-effect transistor(MOSFET)faces the major problem of being unable to achieve a subthreshold swing(SS)below 60 mV/dec.As device dimensions continue to reduce and the demand for high swi... Metal–oxide–semiconductor field-effect transistor(MOSFET)faces the major problem of being unable to achieve a subthreshold swing(SS)below 60 mV/dec.As device dimensions continue to reduce and the demand for high switching ratios for low power consumption increases,the tunnel field-effect transistor(TFET)appears to be a viable device,displaying promising characteristic as an answer to the shortcomings of the traditional MOSFET.So far,TFET designing has been a task of sacrificing higher ON state current for low subthreshold swing(and vice versa),and a device that displays both while maintaining structural integrity and operational stability lies in the nascent stages of popular research.This work presents a comprehensive analysis of a heterojunction plasma doped gate-all-around TFET(HPD-GAA-TFET)by making a comparison between Mg_(2)Si and Si which serve as source materials.Charge plasma technique is employed to implement doping in an intrinsic silicon wafer with the help of suitable electrodes.A low-energy bandgap material,i.e.magnesium silicide is incorporated as source material to form a heterojunction between source and silicon-based channel.A rigorous comparison of performance between Si-based GAA-TFET and HPD-GAA-TFET is conducted in terms of electrical,radio frequency(RF),linearity,and distortion parameters.It is observable that HPD-GAA-TFET outperforms conventional Si-based GAA-TFET with an ON-state current(I_(ON)),subthreshold swing(SS),threshold voltage(V_(th)),and current switching ratio being 0.377 mA,12.660 mV/dec,0.214 V,and 2.985×10^(12),respectively.Moreover,HPD-GAA-TFET holds faster switching and is more reliable than Si-based device.Therefore,HPD-GAA-TFET is suitable for low-power applications. 展开更多
关键词 SUBTHRESHOLD Mg_(2)Si HETEROJUNCTION charge plasma gate-all-around(gaa)
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Double-gate-all-around tunnel field-effect transistor
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作者 张文豪 李尊朝 +1 位作者 关云鹤 张也非 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第7期449-453,共5页
In this work, a double-gate-all-around tunneling field-effect transistor is proposed. The performance of the novel device is studied by numerical simulation. The results show that with a thinner body and an additional... In this work, a double-gate-all-around tunneling field-effect transistor is proposed. The performance of the novel device is studied by numerical simulation. The results show that with a thinner body and an additional core gate, the novel device achieves a steeper subthreshold slope, less susceptibility to the short channel effect, higher on-state current, and larger on/off current ratio than the traditional gate-all-around tunneling field-effect transistor. The excellent performance makes the proposed structure more attractive to further dimension scaling. 展开更多
关键词 gate-all-aroundgaa tunnel field effect transistor(TFET) drain induced barrier thinning(DIBT)
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全耗尽阶梯掺杂沟道围栅MOSFET二维解析模型
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作者 周爱榕 王栋 +1 位作者 高珊 陈军宁 《固体电子学研究与进展》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期109-114,共6页
采用分离变量法求解柱坐标系下二维泊松方程,建立了考虑耗尽电荷和自由电荷的全耗尽阶梯掺杂沟道围栅MOSFET的二维体电势模型,并在此基础上得到阈值电压和亚阈值摆幅的解析模型。研究了不同区域长度和漏压下的表面势,分析了不同掺杂的... 采用分离变量法求解柱坐标系下二维泊松方程,建立了考虑耗尽电荷和自由电荷的全耗尽阶梯掺杂沟道围栅MOSFET的二维体电势模型,并在此基础上得到阈值电压和亚阈值摆幅的解析模型。研究了不同区域长度和漏压下的表面势,分析了不同掺杂的区域长度和掺杂浓度对器件性能的影响。结果表明,与均匀掺杂的GAA MOSFET相比,阶梯掺杂结构不仅降低了漏端电场,而且能更好地抑制短沟道效应和热载流子效应;通过对掺杂区域参数进行优化,可以提高器件的可靠性。 展开更多
关键词 围栅 阶梯掺杂沟道 自由电荷 体电势 3D-ATLAS
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基于内嵌空腔绝缘体上硅的GAA器件电学表征与分析
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作者 周虹阳 刘强 +2 位作者 赵兰天 陈锦 俞文杰 《半导体技术》 CAS 北大核心 2023年第7期563-569,共7页
全包围环栅(GAA)器件具有极强的栅控能力,但工艺较为复杂,需采用先进工艺节点制备。基于新型内嵌空腔绝缘体上硅(VESOI)衬底,设计并制备了2种结构的GAA器件(纯GAA器件和π-GAA-π器件)和作为对照组的π器件,并进行了电学表征和分析。2种... 全包围环栅(GAA)器件具有极强的栅控能力,但工艺较为复杂,需采用先进工艺节点制备。基于新型内嵌空腔绝缘体上硅(VESOI)衬底,设计并制备了2种结构的GAA器件(纯GAA器件和π-GAA-π器件)和作为对照组的π器件,并进行了电学表征和分析。2种GAA器件均表现出良好的电学性能,开关比均达到108。纯GAA器件表现出更小的亚阈值摆幅(62 mV/dec)、更大的电流密度和更小的漏致势垒降低(DIBL)值,且不受背栅偏压的影响,但其底部栅极与源、漏存在交叠区,加剧了栅致泄漏电流(GIDL)效应;π-GAA-π器件虽然不受GIDL效应的影响,但由于其串联了π沟道,器件电学性能下降。实验结果证明了基于VESOI衬底制备GAA器件的可行性,同时进一步讨论了更高的栅极与空腔对准精度对器件性能的提升,为后续工艺改进提供了参考。 展开更多
关键词 全包围环栅(gaa)器件 内嵌空腔绝缘体上硅(VESOI)衬底 亚阈值摆幅(SS) 背栅偏压 对准偏差
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面向GAA器件的自对准侧墙转移技术
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作者 韩燕楚 张青竹 +4 位作者 吴次南 李俊杰 张兆浩 田佳佳 殷华湘 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第5期793-802,共10页
纳米尺度的图形化以及先进刻蚀技术是先进围栅(gate-all-around, GAA)器件面临的重要挑战之一。通过自对准侧墙转移技术设计和实现了纳米尺度的鳍和栅。同时采用剪裁氮化硅硬掩膜的方案设计实现了鳍剪裁,高效率地形成均匀的鳍阵列(宽度4... 纳米尺度的图形化以及先进刻蚀技术是先进围栅(gate-all-around, GAA)器件面临的重要挑战之一。通过自对准侧墙转移技术设计和实现了纳米尺度的鳍和栅。同时采用剪裁氮化硅硬掩膜的方案设计实现了鳍剪裁,高效率地形成均匀的鳍阵列(宽度49 nm,高度400 nm,长度402 nm)。另外,通过自对准侧墙转移技术形成了宽度为48 nm的栅,栅顶部还有较厚的SiO_(2)/SiN_(x)/SiO_(2)(ONO)掩膜,内部非晶硅“伪栅”被ONO硬掩膜和侧壁覆盖良好。将该两项技术应用在环栅堆叠硅纳米片金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中,获得栅长(L_(G))为60 nm的器件,在0.7 V栅压时器件的驱动电流高达676μA/μm,比未用该技术的60 nm栅长的器件驱动性能提升了4.02倍,开关比(开态电流(I_(on))/关态电流(I_(off)))为5.7×105。该工作对未来纳米尺寸图形的制备以及先进电子器件研制具有重要的参考意义。 展开更多
关键词 自对准侧墙转移 围栅(gaa)器件 鳍阵列 鳍剪裁 干法刻蚀
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自顶向下制备硅纳米线环栅MOSFET新工艺 被引量:2
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作者 宋毅 徐秋霞 《微电子学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期74-79,共6页
准弹道输运特征的环栅纳米线MOSFET由于具备很强的栅控能力和抑制短沟道效应的能力,被认为是未来22nm技术节点以下半导体发展路线最有希望的候选者之一。采用传统CMOS工艺在SOI和体硅衬底上制备环栅纳米线MOSFET,解决了许多关键的技术难... 准弹道输运特征的环栅纳米线MOSFET由于具备很强的栅控能力和抑制短沟道效应的能力,被认为是未来22nm技术节点以下半导体发展路线最有希望的候选者之一。采用传统CMOS工艺在SOI和体硅衬底上制备环栅纳米线MOSFET,解决了许多关键的技术难点,获得了许多突破性进展。文章综述了目前各种新颖的自顶向下制备方法和各种工艺的优缺点,以及优化的方向。 展开更多
关键词 纳米线环栅 场效应晶体管 自顶向下制备 SOI
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Si纳米线场效应晶体管研究进展 被引量:2
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作者 张严波 熊莹 +2 位作者 杨香 韩伟华 杨富华 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2009年第11期641-648,663,共9页
从Si纳米线场效应晶体管(SiNWFET)的结构原理、Si纳米线的制作工艺以及器件电学性能的改善措施三个方面介绍了SiNWFET的研究进展。通过分析SiNWFET的漏极电压对沟道电势的影响,表明SiNWFET自身的细沟道和围栅结构对于改善亚阈值特性和... 从Si纳米线场效应晶体管(SiNWFET)的结构原理、Si纳米线的制作工艺以及器件电学性能的改善措施三个方面介绍了SiNWFET的研究进展。通过分析SiNWFET的漏极电压对沟道电势的影响,表明SiNWFET自身的细沟道和围栅结构对于改善亚阈值特性和抑制短沟道效应起着关键作用。针对Si纳米线的制备,介绍了光刻、刻蚀与热氧化等自上而下的方法和气-液-固生长这种自下而上的方法。分析了SiNWFET的电学性能,探讨了为改善电学性能而进行的器件结构和工艺的改进,包括选择沟道取向,采用多条纳米线、应变纳米线或新材料作为沟道以及减小源-漏接触电阻等措施。最后对SiNWFET所面临的挑战和前景作了展望。 展开更多
关键词 纳米线 场效应晶体管 短沟道效应 围栅 自限制氧化
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