新型超陡亚阈值斜率晶体管

聚焦NC-FET、TFET等核心半导体器件，直击行业痛点，覆盖建模、仿真、制备全流程
理论 + 实验深度融合，为新型晶体管设计与优化提供实用解决方案

 

超陡亚阈值斜率晶体管是后摩尔时代实现低功耗集成电路的主要技术途径。本书围绕超陡亚阈值斜率晶体管的工作原理、电学特性、紧凑建模及实验制备等方面展开介绍，共七章。第 一 章概述晶体管与集成电路的发展历史、超陡亚阈值斜率晶体管的研究现状和面临挑战等。第 二 章介绍环栅负电容隧穿场效应晶体管的解析模型和工作原理等。第三章重点分析硅基多栅负电容场效应晶体管的解析模型和应用等。第四章讨论2D沟道材料负电容场效应晶体管的实验制备、电学特性和解析建模等。第五章研究负电容氧化物薄膜晶体管实验制备及工艺优化。第六章提出一种新型负电容无结型场效应晶体管，深入分析该器件的数仿真研究和解析模型。第七章详细探讨基于原子阈值开关的混合场效应晶体管的实验制备、电特性、工作机理及应用。
本书的研究成果不仅为超陡亚阈值斜率晶体管的设计和优化提了系统性的理论依据，也为低功耗集成电路的发展提供了新的技术思路。本书可供从事低耗集成电路设计与研究的学者、工程师及相关领域的学生参考。

蒋春生
广西师范大学电子与信息工程学院教授，香港城市大学副研究员、博士生导师，广西高校集成电路与微系统重点实验室常务副主任。担任《广西师范大学学报》青年编委，入选八桂青年拔尖人才项目。主要从事新型低功耗超陡亚阈值斜率晶体管研究，在Nature Nanotechnology等期刊发表学术论文六十余篇。

许军
清华大学集成电路学院教授、博士生导师，曾任清华大学微电子学研究所所长。主要从事半导体器件物理、新型纳米尺度MOS器件及超大规模集成电路新工艺等领域的教学与科研工作。曾主持国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划项目及国家科技重大专项等多个科研项目，已发表学术论文一百余篇，拥有国家发明专利授权六十余项。

化麒麟
北京理工大学集成电路与电子学院特别研究员、博士生导师。主要从事柔性微纳器件与系统研究，主持国家自然科学基金面上项目 青年科学基金项目、北京市自然科学基金项目等多个科研项目。担任S0Science Information Functionalaterials、VTBW和Nanotechnologyand Precision Engineering等期f刊的青年编委。在Nature Communications、Advanced Materials、NanoLetters等期刊发表学术论文五十余篇，参编英文学术专著三部。

第 1 章 绪论
1.1 晶体管与集成电路的发展历史
1.2 平面 MOSFET 的缩放定律及其挑战
1.3 超陡亚阈值斜率晶体管研究现状
1.3.1 工作原理
1.3.2 TFET 的研究进展
1.3.3 NC-FET 的研究进展
1.3.4 Hyper-FET 的研究进展
1.3.5 氧化物 TFT 的研究进展
1.4 超陡亚阈值斜率晶体管面临的挑战
1.5 本章小结
参考文献

第 2 章 环栅负电容隧穿场效应晶体管
2.1 NC-FET 通用数值仿真方法
2.1.1 完全 Sentaurus TCAD 仿真法
2.1.2 Sentaurus-MATLAB 联合仿真法
2.2 传统 TFET 的工作原理及缺点
2.3 短沟道 GAANC-TFET 解析建模及模型验证
2.4 短沟道 GAA NC-TFET 的工作原理
2.4.1 电学特性
2.4.2 最短隧穿距离与最大带-带隧穿概率
2.4.3 设计准则
2.4.4 铁电材料对 GAANC-TFET 电学特性的影响
2.5 本章小结
参考文献
第 3 章 硅基多栅负电容场效应晶体管
3.1 铁电 NC-FET 的 Sentaurus-MATLAB 联合仿真法
3.2 长沟道 MFIS 结构 DG NC-FET 解析模型
3.2.1 可动电子浓度推导
3.2.2 沟道电流解析模型
3.2.3 转移特性与输出特性
3.3 长沟道 MFIS 结构 GAA NC-FET 解析模型
3.3.1 可动电子浓度推导
3.3.2 沟道电流解析模型
3.3.3 设计准则
3.3.4 转移特性与输出特性
3.4 长沟道 MFIS 结构 DG NC-FET 解析模型实验验证
3.5 长沟道 MFMIS 结构 DG NC-FET 解析模型及应用
3.5.1 紧凑模型
3.5.2 电滞回线及其阈值电压建模
3.5.3 人工神经元电学特性研究
3.6 本章小结
参考文献

第 4 章 2D 沟道材料负电容场效应晶体管
4.1 背栅 2D MoS2 NC-FET 制备
4.1.1 器件结构与工艺流程
4.1.2 HZO 层铁电性的验证与测量
4.1.3 单层和多层 MoS2 表征
4.1.4 负 DIBL 效应与 NDR 效应
4.1.5 退火温度对器件性能的影响
4.1.6 低温性能
4.2 背栅 2D NC-FET 电学特性解析建模
4.2.1 长沟道背栅 2D NC-FET 的 I-V 模型
4.2.2 长沟道背栅 2D MoS2 NC-FET 的 C-V 模型
4.2.3 长沟道背栅 2D MoS2 NC-FET 的设计准则与设计空间
4.2.4 长沟道背栅 2D MoS2 NC-FET 的动态特性与本征工作频率限制 109
4.2.5 Cfr 对长沟道背栅 2D MoS2 NC-FET 的静态及动态特性的影响 111
4.2.6 2D NC-FET 的短沟道效应
4.3 本章小结
参考文献
第 5 章 负电容氧化物薄膜晶体管
5.1 HZO 介质负电容 IGZO-TFT 的制备工艺与表征
5.1.1 实验制备
5.1.2 基本电学特性
5.2 负电容 IGZO-TFT 的工艺优化
5.2.1 退火工艺研究
5.2.2 界面优化
5.3 本章小结
参考文献
第 6 章 负电容无结型场效应晶体管
6.1 传统 JLT 的工作原理及其挑战
6.2 DG NC-JLT 的数值仿真研究
6.2.1 结构及数值仿真方法
6.2.2 转移特性
6.2.3 工作原理
6.2.4 亚阈值斜率特性
6.3 DG NC-JLT 解析模型
6.3.1 基准 JLT 的 I-V 模型
6.3.2 基准 JLT 的本征端电荷模型
6.3.3 基准 JLT 的短沟道效应模型
6.3.4 基准 JLT 的有效沟道长度模型
6.3.5 基准 JLT 的基本电路模块仿真
6.3.6 DG NC-JLT 的 I-V 模型
6.3.7 短沟道 DG NC-JLT 的转移特性
6.3.8 Cfr 对短沟道 DG NC-JLT 电学特性的影响
6.3.9 T 对短沟道 DG NC-JLT 电学特性的影响
6.4 本章小结
参考文献

第 7 章 基于原子阈值开关的混合场效应晶体管
7.1 ATS-FET 的实验制备
7.2 Ag HfO2 原子阈值开关的陡峭开关特性和 NDR 效应
7.3 ATS-FET 的电学特性实验表征
7.3.1 转移特性曲线
7.3.2 输出特性曲线
7.4 ATS-FET 的工作机理及其理论模型
7.4.1 I-V 模型
7.4.2 近零亚阈值摆幅产生的物理根源
7.4.3 电滞回线及优化设计
7.5 Ag HfO2 原子阈值开关在神经形态计算中的应用
7.6 本章小结
参考文献