一种基于高肖特基势垒的高性能隧穿场效应晶体管

李 鑫，刘 溪

（沈阳工业大学信息科学与工程学院，沈阳 110870）

1 引言

根据摩尔定律，器件数量的增多也将预示着器件尺寸的减小。随着器件尺寸的不断减小，降低功耗成为了集成电路设计的关键问题。现如今，CMOS工艺技术已经进入14 纳米时代[1]，尺寸还在继续缩小，力争达到7 纳米。然而，随着器件尺寸的减小，一系列问题也随之而来，例如短沟道效应，即根据源漏区距离不断缩短，沟道内电场的分布发生变化。又例如热载流子注入效应对亚阈值摆幅特性产生影响等问题。在此提出一种具有两侧等号形主控制栅的晶体管结构，并在中间增加辅助栅来更好控制有效沟道长度[2]。传统肖特基势垒金属氧化物场效应晶体管是通过降低势垒的高度来产生大的电流，与此不同的是，本结构通过对禁带电子势垒的提高，降低由热电子激发产生的电流，并增大体硅与源漏电极接触界面作为正向导通的主要传导机制，形成带带隧穿，使器件具有高导通电流、低亚阈值摆幅和低静态功耗的特点，能够实现比传统隧穿晶体管更大的开启电流，而且由于结构的对称性更便于集成。

2 器件工作原理

在对器件的设计中，源、漏电极均采用金属材质，电极与半导体硅接触形成金属结。金属结在源漏区形成阻挡接触即肖特基势垒[3]。载流子发生带带隧穿形成导通电流。

在结构中，有一个两侧主控制栅极和一个中央辅助栅极。两侧的主控制栅极形为“等号”，主要利用带带隧穿作为正向导通电流的主导物理机制，即利用突变金属结在半导体处提供一个比P垣/N垣结更强烈的带带隧穿，同时还能阻挡热电子发射电流。……