Limitierende Skalierungseffekte als Grundlage für innovative Feldeffekttransistoren

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Bei der Skalierung von Transistoren zu immer kleineren Dimensionen treten Stoßionisation, Randfeldeffekte und Tunneleffekt als limitierende Effekte auf. Diese können zur Entwicklung neuer Bauelementkonzepte verwendet werden, wovon hier der Tunneltransistor (TFET) und der Stoßionisationstransistor (IMOS) vorgestellt werden.

Der Tunneltransistor zeigt eine gute Toleranz gegen Fluktuationen der Kanallänge und gegen Änderungen der Temperatur, erfordert jedoch eine Optimierung des On-Stroms. Hierfür werden drei mögliche Konzepte vorgestellt. Als vielversprechend haben sich dabei das Band-Gap-Engineering mit SiGe-Heterostrukturen sowie die Verwendung hochkapazitiver Dielektrika gezeigt.

Der Stoßionisationstransistor zeigt ein schnelles Einschaltverhalten und gute Stabilität bei hoher Temperatur. Bei Tieftemperatur zeigen sich strukturierte Kennlinien, für welche zwei neue Erklärungsansätze vorgestellt werden. Außerdem wird die Eignung des Bauelements als optischer Detektor untersucht und bestätigt.

Zur Untersuchung der vorgestellten Bauelementkonzepte wurden experimentell hergestellte vertikale Transistoren sowie die Simulationssoftware Taurus Medici verwendet. Die Grundlagen dazu werden deshalb in einem eigenen Kapitel zusammenfassend erläutert.