Tunnel field-effect transistor
http://dbpedia.org/resource/Tunnel_field-effect_transistor an entity of type: Thing
The tunnel field-effect transistor (TFET) is an experimental type of transistor. Even though its structure is very similar to a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), the fundamental switching mechanism differs, making this device a promising candidate for low power electronics. TFETs switch by modulating quantum tunneling through a barrier instead of modulating thermionic emission over a barrier as in traditional MOSFETs. Because of this, TFETs are not limited by the thermal Maxwell–Boltzmann tail of carriers, which limits MOSFET drain current subthreshold swing to about 60 mV/decade of current at room temperature.
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Le transistor à effet tunnel (TFET) est un type de transistor encore expérimental. Même si sa structure est proche de celle d'un transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET), les mécanismes fondamentaux de commutation diffèrent faisant de ce dispositif un candidat prometteur pour l'électronique faible puissance. Les TFET commutent en modulant l'effet tunnel à travers une barrière au lieu de moduler l'émission thermoïonique au dessus d'une barrière, comme dans le traditionnel MOSFET. De ce fait, les TFET ne sont pas limités par le transport statistique de Maxwell–Boltzmann des porteurs, ce qui limite le courant de drain des MOSFET à une pente de sous-saturation d'environ 60 mV/décade de courant à la température ambiante (exactement 63 mV par décade à 300 K).
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トンネル電界効果トランジスタ（トンネルFET、TFET）は、現在は実験段階にあるトランジスタ。その構造はMOSFETと非常によく似ているが、基本的なスイッチング機構は異なっており、低電力エレクトロニクスに対する有望株である。TFETは、従来のMOSFETのように反転層の形成によるスイッチングではなく、障壁を介して量子トンネリングを変調することによりスイッチングする。このため、MOSFETのドレイン電流のサブスレッショルド振幅を室温で約60mV/decade（正確には300Kで63 mV/decade）に制限していたキャリアの熱分布であるマクスウェル=ボルツマン分布の裾にTFETは制限されない。この概念はIBMで研究を行っていたチャンらにより提案された。Joerg AppenzellerとIBMの彼の共同研究者は、MOSFETの60mV/decadeの制限より小さいサブスレッショルド振幅が可能であることを初めて実証した。彼らは2004年にチャネルがカーボンナノチューブであり、わずか40mV/decadeのサブスレッショルド振幅であるトンネルトランジスタを作成したと報告している。 理論的研究により、論理回路においてMOSFETの代わりに低電圧TFETを用いることでかなりの低消費電力化を実現することができることが示されている。
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Transistor túnel d'efecte de camp
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Transistor à effet tunnel
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トンネル電界効果トランジスタ
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Tunnel field-effect transistor
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Le transistor à effet tunnel (TFET) est un type de transistor encore expérimental. Même si sa structure est proche de celle d'un transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET), les mécanismes fondamentaux de commutation diffèrent faisant de ce dispositif un candidat prometteur pour l'électronique faible puissance. Les TFET commutent en modulant l'effet tunnel à travers une barrière au lieu de moduler l'émission thermoïonique au dessus d'une barrière, comme dans le traditionnel MOSFET. De ce fait, les TFET ne sont pas limités par le transport statistique de Maxwell–Boltzmann des porteurs, ce qui limite le courant de drain des MOSFET à une pente de sous-saturation d'environ 60 mV/décade de courant à la température ambiante (exactement 63 mV par décade à 300 K). Le concept a été proposé par Chang et al, chez IBM . Joerg Appenzeller et ses collègues d'IBM ont été les premiers à démontrer qu'une variation inférieure à celle de 60 mV/dec du MOSFET est possible. En 2004, ils ont annoncé qu'ils avaient créé un transistor à effet tunnel à base de nanotube de carbone manifestant seulement 40 mV par décade. Des travaux théoriques indiquent une économie d'énergie significative en utilisant des TFET à basse tension dans des circuits logiques à la place des MOSFET. Dans les dispositifs à base de MOSFET la pente de 63 mV/dec de courant est une limite fondamentale à l'économie d’énergie. Le ratio entre le courant ON et le courant OFF (en particulier le courant de fuite) est donné par le ratio entre la tension de Seuil et la pente de sous-saturation. La pente de sous-saturation est proportionnelle à la vitesse du transistor. Plus faible est la pente (en mV/dec), plus le transistor est rapide. Pour une vitesse et un courant de fuite donnés, la pente de sous-saturation détermine une tension minimale d'activation. Depuis 2003, les développements technologiques sont presque bloqués dans la réduction de tension de seuil ce qui les empêche alors de réduire la tension d'alimentation des dispositifs (qui pour des raisons techniques est au moins 3 fois la tension de seuil pour des applications de haute performance). Par conséquent, la vitesse des processeurs ne s'est pas développée aussi rapidement qu'avant 2003 (voir CMOS). L'avènement d'une version de TFET compatible avec la production de masse et avec une pente bien en dessous de 63 mV/dec doit permettre à l'industrie de continuer sur la tendance de miniaturisation vérifiée depuis les années 90 où la fréquence des processeurs doublait tous les 3 ans (voir loi de Moore).
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The tunnel field-effect transistor (TFET) is an experimental type of transistor. Even though its structure is very similar to a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), the fundamental switching mechanism differs, making this device a promising candidate for low power electronics. TFETs switch by modulating quantum tunneling through a barrier instead of modulating thermionic emission over a barrier as in traditional MOSFETs. Because of this, TFETs are not limited by the thermal Maxwell–Boltzmann tail of carriers, which limits MOSFET drain current subthreshold swing to about 60 mV/decade of current at room temperature. TFET studies can be traced back to Stuetzer who in 1952 published first investigations of a transistor containing the basic elements of the TFET, a gated p-n junction. The reported surface conductivity control was, however, not related to tunneling. The first TFET was reported in 1965. Joerg Appenzeller and his colleagues at IBM were the first to demonstrate that current swings below the MOSFET’s 60-mV-per-decade limit were possible. In 2004, they reported they had created a tunnel transistor with a carbon nanotube channel and a subthreshold swing of just 40 mV per decade. Theoretical work has indicated that significant power savings can be obtained by using low-voltage TFETs in place of MOSFETs in logic circuits. In classical MOSFET devices, the 60 mV/decade is a fundamental limit to power scaling. The ratio between on-current and the off-current (especially the subthreshold leakage — one major contributor of power consumption) is given by the ratio between the threshold voltage and the subthreshold slope, e.g.: The transistor speed is proportional to the on-current: The higher the on-current, the faster a transistor will be able to charge its fan-out (consecutive capacitive load). For a given transistor speed and a maximum acceptable subthreshold leakage, the subthreshold slope thus defines a certain minimal threshold voltage. Reducing the threshold voltage is an essential part for the idea of constant field scaling. Since 2003, the major technology developers got almost stuck in threshold voltage scaling and thus could also not scale supply voltage (which due to technical reasons has to be at least 3 times the threshold voltage for high performance devices). As a consequence, the processor speed did not develop as fast as before 2003 (see Beyond CMOS). The advent of a mass-producible TFET device with a slope far below 60 mV/decade will enable the industry to continue the scaling trends from the 1990s, where processor frequency doubled each 3 years.
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トンネル電界効果トランジスタ（トンネルFET、TFET）は、現在は実験段階にあるトランジスタ。その構造はMOSFETと非常によく似ているが、基本的なスイッチング機構は異なっており、低電力エレクトロニクスに対する有望株である。TFETは、従来のMOSFETのように反転層の形成によるスイッチングではなく、障壁を介して量子トンネリングを変調することによりスイッチングする。このため、MOSFETのドレイン電流のサブスレッショルド振幅を室温で約60mV/decade（正確には300Kで63 mV/decade）に制限していたキャリアの熱分布であるマクスウェル=ボルツマン分布の裾にTFETは制限されない。この概念はIBMで研究を行っていたチャンらにより提案された。Joerg AppenzellerとIBMの彼の共同研究者は、MOSFETの60mV/decadeの制限より小さいサブスレッショルド振幅が可能であることを初めて実証した。彼らは2004年にチャネルがカーボンナノチューブであり、わずか40mV/decadeのサブスレッショルド振幅であるトンネルトランジスタを作成したと報告している。 2015年、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のKaustav Banerjeeをリーダーとするチームは、原子的レベルに薄いMoS2を活性チャネル、ゲルマニウムをソース電極とする垂直構造を作製することでトンネルトランジスタを実証した。これはわずか3.9mV/decadeの最小サブスレッショルド振幅であり、室温でドレイン電流の4桁の領域において平均30mV/decadeを示し、0.1Vでスイッチングすることができる。 理論的研究により、論理回路においてMOSFETの代わりに低電圧TFETを用いることでかなりの低消費電力化を実現することができることが示されている。 従来のMOSFETでは、63 mV/decadeが電力スケーリングの基本限界である。オン電流とオフ電流の間の比（特にサブスレッショルドリーク - 電力消費の主要な要因の1つ）は、スレッショルド電圧とサブスレッショルドスロープの間に比により与えられる。例えば サブスレッショルド振幅はトランジスタの速度に比例する（サブスレッショルド振幅が低いほどトランジスタはファンアウト（連続容量負荷）を速く充電することができる）。所与のトランジスタ速度と最大許容サブスレッショルドリークに対して、サブスレッショルドスロープは最小閾値電圧を定義する。スレッショルド電圧を下げることは、の概念において不可欠な部分である。2003年以降、主要な技術開発者はほぼ閾値電圧のスケーリングに固執しており、それにより供給電圧（技術的な理由により高性能デバイスに対する閾値電圧の少なくとも3倍にする必要がある）をスケーリングすることもできなかった。結果として、プロセッサの速度は2003年より前ほど速く向上しなかった（Beyond CMOS参照）。63 mV/decadeをはるかに下回るスロープを持つ量産可能なTFETの出現により、1990年より続くプロセッサ周波数が3年ごとに2倍になるスケーリング傾向を持続することができる。
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