《基於混合控制機理的新型隧穿場效應電晶體器件研究》是依託北京大學，由黃芊芊擔任負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於混合控制機理的新型隧穿場效應電晶體器件研究
- 項目負責人：黃芊芊
- 項目類別：青年科學基金項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著傳統MOSFET器件尺寸不斷縮小，功耗問題日益突出，現已成為積體電路技術發展的一大瓶頸。針對這一問題，本項目將立足基礎器件研究，並從最根本的工作機理著手，開展超低功耗新機理的隧穿場效應電晶體的研究。目前國際上對隧穿場效應電晶體的器件研究多數受到單一帶帶隧穿工作機制的物理局限，很難同時滿足高開態電流、超陡平均亞閾值擺幅和高電流開關比的性能需求。本項目創新地提出將帶帶隧穿機制和傳統熱注入機制相結合的新型混合控制工作機理的設計思路，對器件進行最佳化設計，研究能解決上述綜合性能問題的新型隧穿場效應電晶體設計方案，提供具有高可靠性、具有超低壓超低功耗套用前景的器件結構選擇。本項目將圍繞器件的結構和機理設計、模擬仿真最佳化、工藝實驗製備和器件模型建立等方面展開深入的研究工作，為其在未來面向超低壓低功耗積體電路的套用奠定篤實的基礎，具有重要的科學意義和套用價值。
結題摘要
針對積體電路的功耗瓶頸問題，本項目提出從器件的工作原理著手，開展超低功耗新機理的隧穿場效應電晶體研究，重點開展基於混合機理的新型隧穿場效應電晶體研究。本項目首先針對常規隧穿器件面臨的亞閾擺幅隨柵壓增大而逐漸退化的問題，分別提出了基於SiGe材料、III-V材料、以及二維材料的新型異質結隧穿場效應電晶體，相比傳統器件，實驗製備的新型器件開態電流有較大提升，並在保持相同的低關態電流的基礎上，顯著最佳化了器件的亞閾特性。在上述器件特性最佳化的基礎上，本項目進一步提出將帶帶隧穿機制分別與傳統熱注入機制和負電容機制結合的設計方法，提出並實驗製備了同時具有高開態驅動電流、超陡亞閾值擺幅和低泄漏電流的新型混合控制機理隧穿場效應電晶體，體現出其在超低功耗領域極大的套用潛力。在對新型器件設計和分析的基礎上，進一步建立了新型混合機理隧穿場效應電晶體的器件電流的解析模型，並基於模型開展了電路仿真和最佳化設計工作，結果表明相比傳統CMOS電路，兩者電路延遲可相比擬，但基於新型隧穿器件的電路功耗低2個數量級以上，並可以解決傳統隧穿器件在串聯電路結構中面臨的電流衰減問題，同時在新型脈衝神經元電路套用領域具有極大潛力。在本項目的支持下，共發表論文15篇，其中SCI收錄論文6篇，EI收錄論文8篇，申請並授權中國發明專利4項。本項目的研究成果為未來進一步開展基於超陡亞閾擺幅極低功耗電路及晶片提供了器件基礎和重要的指導作用。
