超低功耗半導體器件與技術

[印度]D.尼瑪爾

超低功耗半導體器件與技術

商品描述

本書專註於探討未來超低功耗電子設備所需的半導體器件及相關技術，深入分析了半導體技術在物聯網、人工智能等前沿領域所面臨的挑戰與創新發展方向。首先，書中詳盡介紹了納米級CMOS技術晶體管的演進過程，細致剖析了FinFET等新型結構的優勢與局限性，並探討了負電容場效應晶體管（NCFET）、隧道場效應晶體管（TFET）等先進器件的原理及其性能。隨後，圍繞碳納米管、石墨烯等二維材料及其在TFET中的應用展開論述，深入分析了這些材料的載流子傳輸特性及在器件優化方面的技術要點。此外，書中還討論了Ge及SiGe FinFET在低功耗應用中的性能提升、自熱效應及其制造過程中面臨的挑戰，並探討了Ⅲ-Ⅴ族FinFET的開關特性及其數學建模方法。全書綜合材料特性、器件結構及制造工藝等多方面因素，為超低功耗電子設備的半導體技術發展提供了豐富的理論與實踐參考。

本書可作為超低功耗半導體器件研究人員、開發人員和工程技術人員的參考用書，也可作為高等院校相關專業高年級本科生和研究生的參考用書。

目錄大綱

譯者序

原書前言

原書作者

原書貢獻者列表

第1章納米級CMOS技術晶體管未來展望1

1.1引言：背景和驅動力1

1.2納米電子學時代3

1.3ITRS技術目標5

1.3.1高性能6

1.3.2低功耗6

1.3.3低待機功耗6

1.4器件小型化導致的問題6

1.5歷史調查7

1.6FinFET：優點、缺點和可能的替代方案8

1.6.1從行業角度看FinFET9

1.6.2FinFET：發展歷程9

1.6.3超薄體器件10

1.6.4DG-MOSFET11

1.6.5混合FinFET13

1.7器件性能和可靠性指標14

1.7.1靜態性能14

1.7.2開關參數14

1.7.3固有延遲15

1.7.4模擬和射頻性能16

1.7.5模擬性能16

1.7.6射頻性能17

1.7.7可靠性17

1.8未來技術競賽中的器件18

參考文獻20

第2章高性能隧道場效應晶體管的未來低功耗應用25

2.1引言25

2.2TFET器件的模型和操作26

2.3多柵TFET29

2.4基於材料的TFET分類30

2.5Si TFET33

2.6Ge TFET36

2.7SiGe TFET41

2.8挑戰與未來趨勢45

參考文獻46

第3章超低功耗Ⅲ-Ⅴ族隧道場效應晶體管50

3.1GaAs材料系統上的TFET50

3.2InGaAs材料系統上的TFET54

3.3InAs材料系統上的TFET62

3.4InGaN材料系統上的TFET66

3.5小結73

參考文獻73

第4章碳納米管和石墨烯隧道場效應晶體管的性能分析80

4.1引言80

4.2碳納米管81

4.2.1石墨烯85

4.2.2產生碳原子層85

4.2.3石墨烯特性86

4.3碳納米管和石墨烯中的載流子傳輸86

4.4雙層石墨烯TFET88

4.5石墨烯納米帶TFET89

4.6石墨烯納米帶TFET的模擬/射頻性能90

4.7石墨烯TFET中的靜電摻雜92

4.8石墨烯納米帶TFET中的線邊緣粗糙度94

4.9碳納米管TFET95

4.10GAA-CNT-TFET結構工程97

參考文獻98

第5章納米尺度下的矽FinFET特性分析103

5.1引言：傳統矽FinFET的背景103

5.2仿真方法103

5.3結果與討論105

5.3.1傳統體FinFET器件按比例縮小至5nm以下節點105

5.3.2新工藝方案：SDP以實現進一步縮放110

5.4小結112

參考文獻113

第6章低功耗應用中提升性能的Ge或SiGe FinFET115

6.1引言115

6.2Ge P溝道FinFET119

6.3Ge N溝道FinFET121

6.4Ge FinFET中的自熱效應122

6.5Ge FinFET的隨機摻雜波動124

6.6Ge無結型FinFET126

6.7SiGe FinFET128

參考文獻129

第7章Ⅲ-Ⅴ族FinFET的開關性能分析137

7.1背景和驅動因素137

7.2引言138

7.3基於Ⅲ-Ⅴ族材料的MOSFET139

7.4FinFET器件特性140

7.5FinFET的開關特性142

7.6基於Ⅲ-Ⅴ族材料的器件綜述143

7.7制造中的挑戰146

7.8器件結構147

7.9數學建模148

7.10性能分析152

7.10.1導通狀態電流154

7.10.2ION/IOFF154

7.10.3跨導155

7.10.4薄層電阻155

7.11小結157

參考文獻158

第8章利用負電容場效應晶體管解決縮放技術的限制164

8.1引言164

8.2克服挑戰的改進和替代方案165

8.3基於鐵電材料的FET或負電容FET166

8.4不同鐵電材料的性質167

8.5基於鐵電材料的新型器件設計168

8.6無結型鐵電器件170

8.7基於先進溝道材料的鐵電FET171

參考文獻173

第9章負電容場效應晶體管緊湊建模的最新趨勢178

9.1引言178

9.2最先進的陡峭亞閾值擺幅器件178

9.2.1隧道FET181

9.2.2負電容FET182

9.3建模和緊湊建模基準183

9.3.1Pahwa的模型184

9.3.2Liang的模型187

9.3.3Dabhi的模型188

9.3.4Gaidhane的模型189

9.4小結191

參考文獻192

第10章二維材料基礎197

10.1引言197

10.2二維材料的性能199

10.3尺寸及表面積199

10.4電導率200

10.5光學特性201

10.6熱性能202

10.7力學性能202

10.8缺陷203

10.9範德華力204

10.10制備方法205

10.11形態學研究207

10.12對石墨烯電極表面的研究208

10.13二維材料的應用210

10.13.1石墨烯210

10.13.2晶體管210

10.13.3集成電路211

10.13.4太陽能電池211

10.13.5光學212

10.13.6生物醫學212

10.13.7儲能212

10.14小結213

參考文獻213

第11章用於低功耗器件的場效應晶體管中的二維過渡金屬硫族化合物材料220

11.1引言220

11.2晶體管的演變221

11.3二維材料的分析222

11.3.1石墨烯223

11.3.2TMD材料224

11.4本研究的研究結果233

11.5小結236

致謝237

參考文獻237

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