隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管TFET簡(jiǎn)介與仿真

本推文第一部分是隧穿管TFET的仿真，第二部分是回答讀者在選擇用于仿真的電腦時(shí)，該如何選擇給出自己淺薄的意見(jiàn)。

PART 01

隧穿管TFET仿真

隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管TFET簡(jiǎn)介

隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Tunneling Field Effect Transistor, TFET)又稱為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它是一種利用柵電極控制溝道區(qū)中載流子在其導(dǎo)帶與價(jià)帶之間發(fā)生帶間隧道穿透(Band-to-Band Tunneling, BTBT)的現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能的器件。傳統(tǒng)MOSFET利用外加?xùn)艠O電壓控制器件溝道區(qū)表面的溝道實(shí)現(xiàn)漏源之間的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，而TFET則利用柵極電壓控制溝道區(qū)中載流子的帶間隧道穿透過(guò)程實(shí)現(xiàn)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。

以n-TFET為例，當(dāng)沒(méi)有外加?xùn)烹妷簳r(shí)，由于器件的源區(qū)是P型重?fù)诫s，溝道區(qū)是輕摻雜的N型區(qū)，源與溝道之間的耗盡區(qū)使得源區(qū)中的電子很難隧穿到溝道區(qū)，因此器件處于關(guān)斷狀態(tài)，且其關(guān)態(tài)電流小于傳統(tǒng)的MOS器件的關(guān)態(tài)電流；當(dāng)外加?xùn)艠O電壓逐漸增大時(shí)，溝道區(qū)的能帶不斷下拉；當(dāng)溝道區(qū)的導(dǎo)帶被下拉至源區(qū)的價(jià)帶以下時(shí)，源區(qū)與溝道區(qū)的能帶開(kāi)始對(duì)齊甚至出現(xiàn)重疊，使得位于源區(qū)價(jià)帶中的大量電子通過(guò)隧穿進(jìn)入溝道區(qū)的導(dǎo)帶，因此使得該器件瞬間由關(guān)斷狀態(tài)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。由于該轉(zhuǎn)換過(guò)程較傳統(tǒng)MOSFET要迅速得多，因此TFET器件可以有很好的亞閾區(qū)特性，其亞閾值斜率有可能低于傳統(tǒng)MOS器件的理想值。

隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管TFET仿真

如下圖所示的器件局部網(wǎng)格分布，可以看到在PN結(jié)界面處，尤其是橫向網(wǎng)格間距較小，這對(duì)于TFET器件隧穿仿真至關(guān)重要。多晶硅下的氧化層中及氧化層界面也有較密的網(wǎng)格分布，而遠(yuǎn)離界面的均勻摻雜的區(qū)域網(wǎng)格則較為稀疏，真正實(shí)現(xiàn)并且做到了把網(wǎng)格用在該用的地方。

利用Sdevice仿真，首先查看TFET在截止和導(dǎo)通時(shí)，即在截止（VG =0V）和導(dǎo)通狀態(tài)（VG =3V）的能帶圖，可以看到在G =3V時(shí)，由于柵施加的正電壓，使得PN結(jié)處的導(dǎo)帶被“拉”低，載流子在VDS偏壓作用下隧穿過(guò)勢(shì)壘區(qū)，形成漏源電流IDS 。

其次是查看TFET仿真轉(zhuǎn)移特性曲線，從下圖可以看到，當(dāng)柵壓較低時(shí)，載流子無(wú)法完全隧穿，所以電流較小。當(dāng)柵壓達(dá)到一定值時(shí)，柵壓的變化導(dǎo)致能帶，尤其是PN-結(jié)處的能帶發(fā)生改變，使載流子可以發(fā)生隧穿。

PART 02

用于仿真的電腦選擇

本部分內(nèi)容很水，但也是回答讀者問(wèn)題而出，不少讀者對(duì)用于仿真的電腦配置咨詢較多，我也不是很懂電腦，只能以個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)談?wù)剬?duì)電腦的選擇。這里僅僅提及對(duì)個(gè)人使用的筆記本和臺(tái)式機(jī)的選擇，對(duì)專(zhuān)業(yè)的服務(wù)器不作探討，并且這里不涉及任何電腦或硬件品牌的推銷(xiāo)。本文撰寫(xiě)十分入門(mén)基礎(chǔ)，請(qǐng)大佬繞行，小白和只會(huì)根據(jù)外觀選電腦的可以閱讀玩玩。

散熱

電腦里的風(fēng)扇是一個(gè)排風(fēng)扇，大致由電源VCC、GND和控制轉(zhuǎn)速的端口作為一個(gè)模塊連接到電腦發(fā)熱最快的CPU處理器上方，及時(shí)把CPU因?yàn)橛?jì)算處理，內(nèi)部晶體管等發(fā)出的熱量及時(shí)排到外部，保證CPU溫度的正常。所以溫度越低，越接近于室溫，其CPU的工作狀態(tài)就越好，如果熱量不能及時(shí)被排出去或者CPU處理任務(wù)變多，電路的保護(hù)機(jī)制一是要加強(qiáng)散熱，要求風(fēng)扇轉(zhuǎn)速加快，二是要減少發(fā)熱，給CPU踩剎車(chē)，要求降速。為什么要先介紹風(fēng)扇，因?yàn)樯崾欠抡鎸?duì)電腦的最重要考量因素。同樣配置的臺(tái)式機(jī)和筆記本，就因?yàn)榕_(tái)式機(jī)的散熱效果比筆記本好很多，所以同配置（可以理解為同價(jià)位）臺(tái)式機(jī)的仿真速度會(huì)遙遙領(lǐng)先筆記本。這就像一輛好車(chē)，臺(tái)式機(jī)的速度就像是在高速飛馳，筆記本的速度就像在集市的街道開(kāi)車(chē)，再好的車(chē)也開(kāi)不出高速的速度，就是因?yàn)楣P記本的散熱差，導(dǎo)致其CPU難以發(fā)揮出真實(shí)的水平。所以選擇電腦的第一點(diǎn)，優(yōu)先選擇臺(tái)式機(jī)，水冷的優(yōu)點(diǎn)是安靜，對(duì)于日常使用的臺(tái)式機(jī)，價(jià)位3k~6k即可，追求更佳體驗(yàn)價(jià)格上不封頂。

筆記本是一種為了達(dá)到便攜目的，犧牲了非常巨大的性能形成的產(chǎn)物，可以認(rèn)為，筆記本除了便攜，對(duì)仿真來(lái)說(shuō)，幾乎沒(méi)有優(yōu)點(diǎn)。筆記本定位大概就是用個(gè)PPT，寫(xiě)個(gè)Word、開(kāi)個(gè)視頻會(huì)議……的作用。但是對(duì)于大多數(shù)用戶尤其是學(xué)生，購(gòu)買(mǎi)臺(tái)式機(jī)是一件很不現(xiàn)實(shí)的事情，選擇筆記本是毋庸置疑的。和臺(tái)式機(jī)一樣，用于數(shù)值仿真的目的，散熱依舊是選擇筆記本的首要因素。比如底座較厚的、風(fēng)扇給力的游戲本，不要選擇超薄本，尤其是沒(méi)有風(fēng)扇，散熱很差的超薄本。

CPU

對(duì)于仿真而言，散熱優(yōu)秀的電腦無(wú)腦沖就可以了，在保證散熱的前提下，CPU也可以考慮其中。處理器的選擇可以從新品，兼容性好來(lái)考慮，比如同一品牌處理器，今年新出的N代處理器，就會(huì)比去年發(fā)布的N-1代處理器更強(qiáng)，散熱良好保證CPU溫度相同時(shí)，N代處理器性能會(huì)比N-1代仿真求解的速度稍微快一點(diǎn)，但是N代處理器的散熱不太好的話，N-1代處理器的速度依舊比N代快很多很多。CPU的核數(shù)代表由多少個(gè)核心組成，CPU的線程用于多任務(wù)處理，核心數(shù)和線程越多，對(duì)并行計(jì)算求解具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是依舊取決于CPU的溫度，取決于散熱水平

內(nèi)存和硬盤(pán)

內(nèi)存就是內(nèi)存條，就目前來(lái)看，個(gè)人使用的內(nèi)存，16G即可滿足日常使用，如果開(kāi)的任務(wù)比較多，好幾個(gè)虛擬機(jī)也在運(yùn)行、虛擬機(jī)內(nèi)的仿真運(yùn)行的數(shù)量比較多，可以加到內(nèi)存條至32G，64G內(nèi)存以上的情況，個(gè)人使用的話覺(jué)得沒(méi)必要，土豪隨意。硬盤(pán)目前基本都是固態(tài)硬盤(pán)了，1T，2T，甚至更大都可以，個(gè)人覺(jué)得512G用個(gè)幾年，軟件、資料一多屬實(shí)有點(diǎn)緊張。

GPU顯卡

GPU顯卡為啥在最后，是因?yàn)榉抡娓@卡關(guān)系很小，GPU是用于處理圖像、視頻文件這些數(shù)據(jù)和任務(wù)的，仿真的時(shí)候一不涉及視頻播放，二不涉及修圖摳圖，集成顯卡一點(diǎn)毛病沒(méi)有，來(lái)個(gè)獨(dú)顯2G已經(jīng)非常足夠了。有對(duì)顯卡要求較高的比如玩游戲等可以在顯卡上花錢(qián)，但對(duì)仿真速度來(lái)說(shuō)，幾乎沒(méi)有提升。