Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое туннельный полевой транзистор, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое туннельный полевой транзистор, tfet , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
Туннельный полевой транзистор (TFET) — это экспериментальный тип транзистора. Несмотря на то, что его структура очень похожа на полевой транзистор металл-оксид-полупроводник ( MOSFET ), фундаментальный механизм переключения отличается, что делает это устройство перспективным кандидатом для маломощной электроники . TFET переключаются путем модуляции квантового туннелирования через барьер вместо модуляции термоионной эмиссии через барьер, как в традиционных MOSFET. Благодаря этому TFET не ограничены тепловым хвостом Максвелла-Больцмана носителей, что ограничивает подпороговый размах тока стока MOSFET примерно до 60 мВ/ декада тока при комнатной температуре.
Исследования TFET можно проследить до Штютцера, который в 1952 году опубликовал первые исследования транзистора, содержащего основные элементы TFET, управляемый pn-переход. Однако сообщаемое управление поверхностной проводимостью не было связано с туннелированием. Первый TFET был описан в 1965 году. Йорг Аппенцеллер и его коллеги из IBM были первыми, кто продемонстрировал, что колебания тока ниже предела MOSFET в 60 мВ на декаду возможны. В 2004 году они сообщили, что создали туннельный транзистор с каналом из углеродной нанотрубки и подпороговым колебанием всего 40 мВ на декаду. Теоретическая работа показала, что можно получить значительную экономию энергии, используя низковольтные TFET вместо MOSFET в логических схемах.
Ток стока против напряжения затвора для гипотетических устройств TFET и MOSFET. TFET может быть способен достичь более высокого тока стока для малых напряжений.
В классических устройствах MOSFET 60 мВ/декада является фундаментальным ограничением масштабирования мощности. Соотношение между током включения и током выключения (особенно подпороговая утечка — один из основных факторов потребления энергии) определяется соотношением между пороговым напряжением и подпороговым наклоном, например:
Скорость транзистора пропорциональна току включения: чем выше ток включения, тем быстрее транзистор сможет зарядить свой разветвитель (последовательную емкостную нагрузку). Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Для заданной скорости транзистора и максимально допустимой подпороговой утечки наклон подпорога, таким образом, определяет определенное минимальное пороговое напряжение. Уменьшение порогового напряжения является неотъемлемой частью идеи постоянного масштабирования поля . С 2003 года основные разработчики технологий почти застряли на масштабировании порогового напряжения и, таким образом, также не могли масштабировать напряжение питания (которое по техническим причинам должно быть как минимум в 3 раза больше порогового напряжения для высокопроизводительных устройств). Как следствие, скорость процессора не развивалась так быстро, как до 2003 года (см. Beyond CMOS ). Появление серийно выпускаемого устройства TFET с наклоном намного ниже 60 мВ/декада позволит отрасли продолжить тенденции масштабирования с 1990-х годов, когда частота процессора удваивалась каждые 3 года.
Базовая структура TFET похожа на MOSFET, за исключением того, что выводы истока и стока TFET легированы противоположными типами (см. рисунок). Обычная структура устройства TFET состоит из PIN-перехода ( p-типа , собственного , n-типа ), в котором электростатический потенциал собственной области контролируется выводом затвора .
Базовая боковая структура TFET.
Устройство работает, применяя смещение затвора, так что накопление электронов происходит в собственной области для n-типа TFET. При достаточном смещении затвора происходит туннелирование зона-зона (BTBT), когда зона проводимости собственной области выравнивается с валентной зоной P-области. Электроны из валентной зоны p-типа области туннелируют в зону проводимости собственной области, и ток может течь через устройство При уменьшении смещения затвора зоны становятся невыровненными, и ток больше не может течь.
Диаграмма энергетических зон для базовой боковой структуры TFET. Устройство «включается», когда подается достаточное напряжение на затвор, чтобы электроны могли туннелировать из валентной зоны источника в зону проводимости канала.
Группа из IBM была первой, кто продемонстрировал, что колебания тока ниже предела MOSFET в 60 мВ за декаду возможны. В 2004 году они сообщили о туннельном транзисторе с каналом из углеродной нанотрубки и подпороговым колебанием всего 40 мВ за декаду.
К 2010 году было изготовлено много TFET в различных системах материалов , но ни один из них пока не смог продемонстрировать крутой подпороговый наклон при токах возбуждения, необходимых для основных приложений. На IEDM' 2016 группа из Лундского университета продемонстрировала вертикальный нанопроводной InAs / GaAsSb / GaSb TFET, который демонстрирует подпороговый размах 48 мВ/декада, ток включения 10,6 мкА/мкм для тока выключения 1 нА/мкм при напряжении питания 0,3 В, показывая потенциал превосходства над Si MOSFET при напряжении питания ниже 0,3 В.
Структуры TFET с двумя затворами и тонким корпусом квантовая яма -квантовая яма были предложены для преодоления некоторых проблем, связанных с боковой структурой TFET, таких как необходимость сверхчетких профилей легирования; однако такие устройства могут страдать от утечки затвора из-за больших вертикальных полей в структуре устройства.
Моделирование, проведенное в 2013 году, показало, что транзисторы TFET, использующие InAs-GaSb, могут иметь подпороговый размах 33 мВ/декаду в идеальных условиях.
Использование гетероструктур Ван-дер-Ваальса для транзисторов TFET было предложено в 2016 году.
Исследование, описанное в статье про туннельный полевой транзистор, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое туннельный полевой транзистор, tfet и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Из статьи мы узнали кратко, но содержательно про туннельный полевой транзистор
Комментарии
Оставить комментарий
Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база