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技術專題
NDR漏擴散
半導體器件的制造是通過擴散進行的。在高溫下擴散半導體材料中的雜質原子會將摻雜劑原子引入硅中。擴散時間的長短和溫度決定了摻雜劑滲透的深度。
在另一方面，電流由于電荷載流子的擴散而流動。熱能使載流子隨機移動。隨機運動不會建立載流子的凈流量或凈電流。離開某個位置的每個載體都會被另一個載體替代。引入載流子梯度導致載流子從高密度區域擴散到低密度區域。
金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）的構建始于在連接至柵極端子的基板上沉積氧化物層。該氧化物層用作柵極和襯底之間的絕緣體。MOSFET之所以工作是因為具有重摻雜區域的輕摻雜襯底的擴散。取決于MOSFET的結構是N溝道還是P溝道MOSFET，我們可能會看到輕摻雜的P型襯底和兩個重摻雜的N型區域，或者輕摻雜的N型襯底和兩個重摻雜的N型區域摻雜的P型區域。
在MOSFET中，擴散形成了器件的源極，漏極和溝道。將重摻雜區擴散到輕摻雜區上形成通道。MOSFET的源極和漏極通過通道連接。將柵極與MOSFET中的通道隔離開來，可以向柵極施加正電壓或負電壓，以控制器件的操作。施加負偏置電壓會使MOSFET在耗盡模式下工作。柵極上的正偏置電壓使MOSFET以增強模式工作。
擴散還可能導致MOSFET中產生寄生效應。允許MOSFET工作的相同結構也會在器件中引入寄生電容。由于絕緣層將漏極和源極與柵極分開，PN結在漏極和源極之間形成寄生二極管。漏極-源極電容又變成寄生二極管的結電容。當我們使用功率MOSFET時，寄生電容會在某些頻率和開關速度下限制MOSFET的工作。
FET新技術
當前的MOSFET具有低陷阱密度和溝道中的低摻雜。
一次，MOSFET和互補MOSFET提供了電子設備所需的功率效率和可擴展性。當前的MOSFET繼續具有低陷阱密度和溝道中低摻雜。但是，由于亞閾值區域中傳輸特性的陡度存在局限性，因此MOSFET無法縮放。陡峭的斜率會導致電子開關中的電流從OFF迅速變為ON。
但是，如今，對節能，可擴展設備的需求已經引入了新型的場效應晶體管（FET），例如隧道FET和負電容場效應晶體管（NC-FET）。這些設備中的每一個都會產生一個陡峭的斜率。
簡而言之，NC-FET的結構用鐵電材料薄層補充了MOSFET中的氧化層。添加鐵電層會增加負電容并產生陡峭的傾斜效應。在規定的電壓下，鐵電材料變為反極化；電壓降低會導致電荷增加。結果，NC-FET在更低的電源電壓下降低了功耗和導通電流。通過隨著電源電壓的增加而增加的閾值電壓，可擴展性得到改善。所有這些都可以追溯到簡單的擴散概念。
SPICE仿真可以顯示NC-FET提供差分增益的能力，再加上較大的信號增益，可實現無滯后，最小亞閾值擺幅。因此，對于用于消費類，工業，醫療，航空航天和軍事設備的超低功耗，高度便攜的應用，NC-FET已成為可行的選擇。例如，擴散加權成像設備獲得了使用較少功率并獲得便攜性的潛力。通過更快速的MRI掃描，可以發現這種可攜帶性的優勢，這種掃描可以發現腦損傷并導致更快的治療。
功率MOSFET的SPICE模型
NDR漏擴散
NC-FET還具有漏極電流在漏極-源極增加至飽和時減小的優點。當漏極電流降低時，該器件具有負差分電阻（NDR）。NDR漏極擴散會在FET組件的閾值區域產生陡峭的傳輸斜率。動態電阻具有根據流經電阻器的電流或施加到電阻器的電壓而變化的瞬時電阻。查看動態電阻器的電流-電壓曲線時，我們在曲線的兩端看到正電阻，而在中間看到負電阻。電流或電壓的增加導致負差分電阻增加，而正電阻減小。
基于負差分電阻的設備和電路可用作振蕩器，倍頻器和存儲設備。在短通道NC-FET中，NDR將正輸出電導減小到接近零的值，并產生高電壓增益。組件和電路設計可以通過使鐵電層和氧化層之間的電容匹配以及控制漏極和柵極之間的電容來優化NDR。