Si基应变多子沟道TFET研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61704130
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0408.新型信息器件
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

As MOSFET scaling has attained the nano scale, alternative concepts are intensively being investigated. The Tunnel-FET (TFET) transistor, compatible with CMOS technology but with a different operating principle (tunneling conduction mechanism), appears as a promising solution to replace the conventional MOSFET. Unlike MOSFET, the ON current of TFET is not only limited by the electron transport but also by the electron injection due to band to band tunneling, so TFET presents better short channel effect and a subthreshold swing lower than 60mV/dec, reducing the power dissipation. However, owing to 1.12eV band gap of Si material and minority carriers in the thin inversion layer, the tunneling probability, tunneling area and carrier mobility of Si TFET are low, making the ON current of Si TFET only in the range of 0.1-10μA/μm, much less than the ON current level of MOSFET.To boost the ON current of Si TFET, this project will design a new type of TFET, using the majority carriers of semiconductor as conductive channel. Owing to the much narrower band gap and higher carrier mobility, Si-based strained materials are chosen for the new TFET. Thus, a L-type tunnel line will be easily to obtained, enlarging the tunneling region greatly. The suppressing structure of OFF current will also be studied. With the help of ideas above, the performance of Si-based TFET will be improved greatly. The influence of interface state and traps on I-V, C-V characteristics will be discussed and the model of threshold voltage, ON current, OFF current, etc, will be established. Finally, the preparation of the device samples will be carried out, to indicate the validity of our design. This project can provide valuable foundation for the application of Si-based TFET in nano chips.
纳米时代,MOSFET越来越接近其物理极限,采用新原理、新器件以替代MOSFET成为了必然。基于隧穿原理的TFET具有良好亚阈摆幅和静态功耗,是有效候选器件之一。然而,由于Si TFET隧穿几率低、隧穿面积小、载流子迁移率损失严重,其开态电流远低于MOSFET的开态电流,是制约其发展的关键瓶颈。为解决Si TFET所面临的问题,本项目拟基于Si基应变材料、开展多子沟道TFET基础理论与技术研究。该器件创新的采用多数载流子形成沟道并利用Si基应变材料形成“L”型隧穿面,其载流子迁移率高、隧穿几率与隧穿面积大,可极大提升Si TFET的开态电流。本项目将重点探索Si基应变多子沟道TFET形成机理与工作机制,研究其开关电流比优化方法,建立器件结构模型,分析其阈值电压、开/关态电流、亚阈摆幅等电学特性随关键物理参数的变化规律,开发器件工艺,制备器件样品,为Si基TFET在纳米芯片中的应用奠定基础。

结项摘要

传统Si TFET隧穿几率低、隧穿面积小、载流子迁移率损失严重,其开态电流远低于MOSFET的开态电流,是制约其发展的关键瓶颈。为了克服常规Si TFET所面临的问题,本项目重点研究了以应变Si、SiGe、GeSn、GePb为代表的Si基应变材料制备方法与表征技术,建立了基于Si基应变材料的多子沟道TFET器件模型,并研究了其关键电学特性;探索了多子沟道TFET的优化方法与技术,提出了Si基应变双栅多子沟道TFET、基于PD-SOI的应变多子沟道TFET、L型多子沟道应变TFET等多种开态电流增强的多子沟道器件模型,以及带场板的应变多子沟道器件、台阶状氧化层应变多子沟道器件等关态电流降低的多子沟道器件模型,并研究了上述器件的关键电学特性,探讨了金属功函数、掺杂浓度、器件层厚度等关键参数对其开态电流、关态电流、亚阈值摆幅等电学特性的影响;基于上述成果,研究了多子沟道器件制备工艺,开发了Si基应变多子沟道器件制备流程,制备了Si基应变多子沟道器件,获得了Si基应变多子沟道TFET器件制备方法与技术。研究结果表明:所制备的Si基SiGe、GeSn、GePb等应变材料禁带宽度窄化、载流子迁移率提升,可以极大TFET器件的遂穿几率,满足器件制备需要;所设计的常规Si基应变材料的新型PNN型多子沟道TFET,比起常规PiN型TFET,该类器件隧穿面积大、载流子迁移率高,开态电流获得了极大的提升;所提出的五种基于Si基应变材料的新型多子沟道TFET:Si基应变双栅多子沟道TFET、基于PD-SOI的应变多子沟道TFET、L型多子沟道应变TFET、带场板的应变多子沟道器件、台阶状氧化物应变多子沟道器件,遂穿几率高、遂穿面积大,在极大地提高器件的开态电流的同时,抑制了器件的关态电流。本研究成果为TFET器件在低功耗集成电路中的应用,提供了新的解决思路,并奠定了相关理论及技术基础。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Single-crystalline GePb alloys formed by rapid thermal annealing-induced epitaxy
快速热退火诱导外延形成的单晶GePb合金
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/ab7c06
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Journal of Physics D: Applied Physics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Jiayin;Hu Huiyong;Miao Yuanhao;Wang Bin;Wang Wei;Su Han;Ma Yubo
  • 通讯作者:
    Ma Yubo
Design and theoretical calculation of novel GeSn fully depleted n-tunneling FET with quantum confinement model for suppression on GIDL effect
具有抑制GIDL效应的量子限制模型的新型GeSn全耗尽n隧道FET的设计和理论计算
  • DOI:
    10.1016/j.spmi.2018.04.028
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Superlattices and Microstructures
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Liu Xiangyu;Hu Huiyong;Wang Meng;Miao Yuanhao;Han Genquan;Wang Bin
  • 通讯作者:
    Wang Bin
Evaluation of threading dislocation density of strained Ge epitaxial layer by high resolution x-ray diffraction
高分辨率X射线衍射评价应变Ge外延层的穿透位错密度
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/26/12/127309
  • 发表时间:
    2017-12-01
  • 期刊:
    CHINESE PHYSICS B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Miao, Yuan-Hao;Hu, Hui-Yong;Zhang, He-Ming
  • 通讯作者:
    Zhang, He-Ming
Effects of rapid thermal annealing on crystallinity and Sn surface segregation of Ge1-xSnx films on Si (100) and Si (111)
快速热退火对Si(100)和Si(111)上Ge1-xSnx薄膜结晶度和Sn表面偏析的影响
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/26/12/127306
  • 发表时间:
    2017-12-01
  • 期刊:
    CHINESE PHYSICS B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Miao, Yuan-Hao;Hu, Hui-Yong;Zhang, He-Ming
  • 通讯作者:
    Zhang, He-Ming
Device physics and design of FD-SOI JLFET with step-gate-oxide structure to suppress GIDL effect
具有阶梯栅氧化物结构以抑制 GIDL 效应的 FD-SOI JLFET 的器件物理和设计
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/abd2a2
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Wang Bin;Shi Xinlong;Zhang Yunfeng;Chen Yi;Hu Huiyong;Wang Liming
  • 通讯作者:
    Wang Liming

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壳寡糖对酒精诱导的大鼠肠道损伤的干预作用
  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    王斌;刘昆梅;郭乐;张春;和祯泉;丁娜;杨华;孙之鹏;王晓
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    王晓
Stronger impact of urea application than incorporation of Chinese milk vetch (Astragalus sinicus L.) on nirK-denitrifying bacterial communities in a Chinese double-rice paddy
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  • DOI:
    10.1080/09064710.2021.1928741
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Acta Agriculturae Scandinavica, Section B — Soil & Plant Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    聂江文;杨亚东;王斌;刘章勇;朱波
  • 通讯作者:
    朱波

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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