本书专注于探讨未来超低功耗电子设备所需的半导体器件及相关技术，深入分析了半导体技术在物联网、人工智能等前沿领域所面临的挑战与创新发展方向。首先，书中详尽介绍了纳米级CMOS技术晶体管的演进过程，细致剖析了FinFET等新型结构的优势与局限性，并探讨了负电容场效应晶体管（NCFET）、隧道场效应晶体管（TFET）等先进器件的原理及其性能。随后，围绕碳纳米管、石墨烯等二维材料及其在TFET中的应用展开论述，深入分析了这些材料的载流子传输特性及在器件优化方面的技术要点。此外，书中还讨论了Ge及SiGe FinFET在低功耗应用中的性能提升、自热效应及其制造过程中面临的挑战，并探讨了Ⅲ-Ⅴ族FinFET的开关特性及其数学建模方法。全书综合材料特性、器件结构及制造工艺等多方面因素，为超低功耗电子设备的半导体技术发展提供了丰富的理论与实践参考。

本书可作为超低功耗半导体器件研究人员、开发人员和工程技术人员的参考用书，也可作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的参考用书。

译者序

原书前言

原书作者

原书贡献者列表

第1章纳米级CMOS技术晶体管未来展望1

1.1引言：背景和驱动力1

1.2纳米电子学时代3

1.3ITRS技术目标5

1.3.1高性能6

1.3.2低功耗6

1.3.3低待机功耗6

1.4器件小型化导致的问题6

1.5历史调查7

1.6FinFET：优点、缺点和可能的替代方案8

1.6.1从行业角度看FinFET9

1.6.2FinFET：发展历程9

1.6.3超薄体器件10

1.6.4DG-MOSFET11

1.6.5混合FinFET13

1.7器件性能和可靠性指标14

1.7.1静态性能14

1.7.2开关参数14

1.7.3固有延迟15

1.7.4模拟和射频性能16

1.7.5模拟性能16

1.7.6射频性能17

1.7.7可靠性17

1.8未来技术竞赛中的器件18

参考文献20

第2章高性能隧道场效应晶体管的未来低功耗应用25

2.1引言25

2.2TFET器件的模型和操作26

2.3多栅TFET29

2.4基于材料的TFET分类30

2.5Si TFET33

2.6Ge TFET36

2.7SiGe TFET41

2.8挑战与未来趋势45

参考文献46

第3章超低功耗Ⅲ-Ⅴ族隧道场效应晶体管50

3.1GaAs材料系统上的TFET50

3.2InGaAs材料系统上的TFET54

3.3InAs材料系统上的TFET62

3.4InGaN材料系统上的TFET66

3.5小结73

参考文献73

第4章碳纳米管和石墨烯隧道场效应晶体管的性能分析80

4.1引言80

4.2碳纳米管81

4.2.1石墨烯85

4.2.2产生碳原子层85

4.2.3石墨烯特性86

4.3碳纳米管和石墨烯中的载流子传输86

4.4双层石墨烯TFET88

4.5石墨烯纳米带TFET89

4.6石墨烯纳米带TFET的模拟/射频性能90

4.7石墨烯TFET中的静电掺杂92

4.8石墨烯纳米带TFET中的线边缘粗糙度94

4.9碳纳米管TFET95

4.10GAA-CNT-TFET结构工程97

参考文献98

第5章纳米尺度下的硅FinFET特性分析103

5.1引言：传统硅FinFET的背景103

5.2仿真方法103

5.3结果与讨论105

5.3.1传统体FinFET器件按比例缩小至5nm以下节点105

5.3.2新工艺方案：SDP以实现进一步缩放110

5.4小结112

参考文献113

第6章低功耗应用中提升性能的Ge或SiGe FinFET115

6.1引言115

6.2Ge P沟道FinFET119

6.3Ge N沟道FinFET121

6.4Ge FinFET中的自热效应122

6.5Ge FinFET的随机掺杂波动124

6.6Ge无结型FinFET126

6.7SiGe FinFET128

参考文献129

第7章Ⅲ-Ⅴ族FinFET的开关性能分析137

7.1背景和驱动因素137

7.2引言138

7.3基于Ⅲ-Ⅴ族材料的MOSFET139

7.4FinFET器件特性140

7.5FinFET的开关特性142

7.6基于Ⅲ-Ⅴ族材料的器件综述143

7.7制造中的挑战146

7.8器件结构147

7.9数学建模148

7.10性能分析152

7.10.1导通状态电流154

7.10.2ION/IOFF154

7.10.3跨导155

7.10.4薄层电阻155

7.11小结157

参考文献158

第8章利用负电容场效应晶体管解决缩放技术的限制164

8.1引言164

8.2克服挑战的改进和替代方案165

8.3基于铁电材料的FET或负电容FET166

8.4不同铁电材料的性质167

8.5基于铁电材料的新型器件设计168

8.6无结型铁电器件170

8.7基于先进沟道材料的铁电FET171

参考文献173

第9章负电容场效应晶体管紧凑建模的最新趋势178

9.1引言178

9.2最先进的陡峭亚阈值摆幅器件178

9.2.1隧道FET181

9.2.2负电容FET182

9.3建模和紧凑建模基准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小结191

参考文献192

第10章二维材料基础197

10.1引言197

10.2二维材料的性能199

10.3尺寸及表面积199

10.4电导率200

10.5光学特性201

10.6热性能202

10.7力学性能202

10.8缺陷203

10.9范德华力204

10.10制备方法205

10.11形态学研究207

10.12对石墨烯电极表面的研究208

10.13二维材料的应用210

10.13.1石墨烯210

10.13.2晶体管210

10.13.3集成电路211

10.13.4太阳能电池211

10.13.5光学212

10.13.6生物医学212

10.13.7储能212

10.14小结213

参考文献213

第11章用于低功耗器件的场效应晶体管中的二维过渡金属硫族化合物材料220

11.1引言220

11.2晶体管的演变221

11.3二维材料的分析222

11.3.1石墨烯223

11.3.2TMD材料224

11.4本研究的研究结果233

11.5小结236

致谢237

参考文献237