Design and Analysis of Charge Plasma-Based Heterogeneous L-Shaped Tunnel Field-Effect Transistor (TFET) for Low-Power Applications

Abstract

У цій пропонованій роботі фокусується на подоланні традиційних проблем легування в L-подібних тунельних польових транзисторах за допомогою концепції зарядової плазми (CP) і збільшення провідності струму шляхом формування гетерогенного переходу (SiC-Si-SiC). Карбід кремнію використовується як матеріал для джерела та витоку. Концепція зарядової плазми реалізована в областях витоку та стоку шляхом реалізації різних робочих функцій, а для покращення провідності струму області витоку та стоку виготовлені з карбіду кремнію, а канал виготовлений із кремнію, який утворює гетероперехід, який створює горизонтальну деформацію розтягування та вертикальну деформація стиснення в області каналу, що збільшує рухливість електронів, головним чином для малопотужних напівпровідникових застосувань. Описано продуктивність таких параметрів пристрою, як підпорогове коливання характеристик передачі, вихідні характеристики. Аналіз порогової напруги, струму витоку та співвідношення ION/IOFF було проведено для L-TFET на основі CP. Технологія Sentaurus Computer Aided Design (TCAD) була використана для оцінки та аналізу пристрою для TFET на основі CP. Пристрій було змодельовано в Sentaurus TCAD, у якому оцінюються певні параметри, у яких певні моделі, такі як модель Slotboom, застосовуються для розгляду впливу концентрації допінгу на звуження забороненої зони енергії в областях джерела/витоку (S/D). Також використовуються статистика Фермі та рекомбінаційні моделі Шоклі-Ріда-Холла. Включення зарядової плазми та SiC у пристрій покращує рухливість електронів, а провідність струму покращується з меншим струмом витоку, і його можна використовувати для додатків з низьким енергоспоживанням, таких як інвертори, пристрої пам’яті.

In this proposed work focuses to overcome the traditional doping challenges in L-shaped tunnel field transistors by using charge plasma (CP) concept and increase current conduction by forming heterogeneous junction (SiC-Si-SiC). Silicon carbide is used for the material for Source and Drain. The concept of charge plasma is implemented in the source and drain regions by implementing different work functions and to improve current conduction the source and drain regions is made of Silicon Carbide and the channel is made of Silicon which forms heterojunction which creates horizontal tensile strain and vertical compressive strain in the channel region which increases electron mobility mainly for low-power semiconductor applications. The performance of device parameters like the transfer characteristics subthreshold swing, output characteristics have been described. Analysis of Threshold Voltage, drain current and ION/IOFF ratio have been carried for CP based L-TFET. Sentaurus Technology Computer Aided Design (TCAD) has been used to evaluate and analyze the device for the CP-based TFET. The device was simulated in the Sentaurus TCAD in which the certain parameters are evaluated in which certain models such as, Slotboom model is applied to consider the impact of doping concentrations on energy bandgap narrowing in the source/drain (S/D) regions. Also, Fermi statistics and Shockley-Read-Hall recombination models are used. The inclusion of charge plasma and SiC in the device improves the electron mobility and current conduction is improved with less leakage current and can be used for low power applications such as inverter, memory devices.