论文部分内容阅读
随着超大规模集成电路工艺飞速发展到5nm节点以下,GAA(Gate-AllAround)器件有望代替Fin FET器件成为5nm节点及以下的主流器件。摩尔定律的发展伴随着巨大的经济上的投入,工艺技术的壁垒与经济的制约,导致摩尔定律在未来十年可能到达其物理极限。后摩尔时代新型器件呼之欲出,可重构场效应晶体管(RFET)凭借结构上的优势,通过不同的电压配置控制沟道内载流子极性,实现器件N型状态和P型状态的轮换,因此增加了单个器件的功能。借助RFET的灵活性,在传统电子信息处理方式的基础之上,可以用更少数目的器件实现功能更加复杂的电路。然而,RFET器件作为双极性器件面临着关态电流大,开态电流小,亚阈值摆幅大等问题。本文提出了一种新型带漏端拓展区结构的非对称型可重构场效应晶体管(UCED-RFET),该器件可依靠结构上的优势极大的提升器件的开态电流。此外,本文还深入研究了UCED-RFET在基本逻辑电路单元的应用,并设计了新型SRAM结构单元,能够有效的解决传统SRAM单元的读写矛盾,提升了器件使用的灵活性。本论文的主要研究工作与成果如下:基于现有的RFET器件结构和传统肖特基器件的优化思路,本论文设计了一种非对型的可重构晶体管,借助TCAD数值仿真工具,设计了该器件的工艺制备流程,电掺杂的特性使得UCED-RFET在产业化的实现成为可能。相比传统双侧墙结构RFET(UCESD-RFET),在保证关态电流不变的前提下,UCED-RFET器件开态电流有近两个数量级的提升,开关比高达109以上。本论文完成了新型器件的直流特性与交流特性仿真,结果表现出,在变温环境下,与TFET器件相比,UCED-RFET展现出更好的热稳定性。此外,本文同样研究了Spacer材料、栅极介质材料对新型器件性能的影响,并研究了UCED-RFET在器件缩放时的电学特性变化。基于UCED-RFET器件,本文探究了其在反相器、环形振荡器等多种基本逻辑电路上的表现。研究发现UCED-RFET器件可有效减小约50%的极性栅极输入电容,显著降低了逻辑电路的逻辑努力,提升驱动能力。此外,利用UCEDRFET双向饱和电流不相等的特性,设计出的基于UCED-RFET的SRAM单元可提升约37.3%的静态噪声容限。本论文的相关研究成果发表在微电子器件权威期刊IEEE Transactions on Electron Devices上,对于优化RFET器件设计及其应用等方面有重要的参考意义。