半浮栅晶体管的性能和结构

Question

如题所述

Answer 1

半浮栅晶体管（SFGT）：结构巧 性能高
金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）是目前集成电路中最基本的器件，工艺的进步让MOSFET晶体管的尺寸不断缩小，而其功率密度也一直在升高。我们常用的U盘等闪存芯片则采用了另一种称为浮栅晶体管的器件。闪存又称“非挥发性存储器”。所谓“非挥发”，就是在芯片没有供电的情况下，信息仍被保存不会丢失。这种器件在写入和擦除时都需要有电流通过一层接近5纳米厚的氧化硅介质，因此需要较高的操作电压（接近20伏）和较长的时间（微秒级）。科学家们把一个隧穿场效应晶体管（TFET）和浮栅器件结合起来，构成了一种全新的“半浮栅”结构的器件，称为半浮栅晶体管。
“硅基TFET晶体管使用了硅体内的量子隧穿效应，而传统的浮栅晶体管的擦写操作则是使电子隧穿过绝缘介质。”“隧穿”是量子世界的常见现象，可以“魔术般”地通过固体，好像拥有了穿墙术。“隧穿”势垒越低，相当于“墙”就越薄，器件隧穿所需电压也就越低。把TFET和浮栅相结合，半浮栅晶体管（SFGT）的“数据”擦写更加容易、迅速。“TFET为浮栅充放电、完成‘数据擦写’的操作，‘半浮栅’则实现“数据存放和读出”的功能。”传统浮栅晶体管是将电子隧穿过高势垒（禁带宽度接近8.9 eV）的二氧化硅绝缘介质，而半浮栅晶体管（SFGT）的隧穿发生在禁带宽度仅1.1 eV的硅材料内，隧穿势垒大为降低。打个比方，原来在浮栅晶体管中，电子需要穿过的是一堵“钢筋水泥墙”，而在半浮栅晶体管中只需要穿过“木板墙”，“穿墙”的难度和所需的电压得以大幅降低，而速度则明显提升。这种结构设计可以让半浮栅晶体管的数据擦写更加容易、迅速，整个过程都可以在低电压条件下完成，为实现芯片低功耗运行创造了条件。