隧穿场效应晶体管TFET简介与仿真

本推文第一部分是隧穿管TFET的仿真，第二部分是回答读者在选择用于仿真的电脑时，该如何选择给出自己浅薄的意见。

PART 01

隧穿管TFET仿真

隧穿场效应晶体管TFET简介

隧道场效应晶体管(Tunneling Field Effect Transistor, TFET)又称为隧穿场效应晶体管，它是一种利用栅电极控制沟道区中载流子在其导带与价带之间发生带间隧道穿透(Band-to-Band Tunneling, BTBT)的现象来实现场效应晶体管性能的器件。传统MOSFET利用外加栅极电压控制器件沟道区表面的沟道实现漏源之间的导通和关断状态的转换，而TFET则利用栅极电压控制沟道区中载流子的带间隧道穿透过程实现器件的导通和关断。

以n-TFET为例，当没有外加栅电压时，由于器件的源区是P型重掺杂，沟道区是轻掺杂的N型区，源与沟道之间的耗尽区使得源区中的电子很难隧穿到沟道区，因此器件处于关断状态，且其关态电流小于传统的MOS器件的关态电流；当外加栅极电压逐渐增大时，沟道区的能带不断下拉；当沟道区的导带被下拉至源区的价带以下时，源区与沟道区的能带开始对齐甚至出现重叠，使得位于源区价带中的大量电子通过隧穿进入沟道区的导带，因此使得该器件瞬间由关断状态进入导通状态。由于该转换过程较传统MOSFET要迅速得多，因此TFET器件可以有很好的亚阈区特性，其亚阈值斜率有可能低于传统MOS器件的理想值。

隧穿场效应晶体管TFET仿真

如下图所示的器件局部网格分布，可以看到在PN结界面处，尤其是横向网格间距较小，这对于TFET器件隧穿仿真至关重要。多晶硅下的氧化层中及氧化层界面也有较密的网格分布，而远离界面的均匀掺杂的区域网格则较为稀疏，真正实现并且做到了把网格用在该用的地方。

利用Sdevice仿真，首先查看TFET在截止和导通时，即在截止（VG =0V）和导通状态（VG =3V）的能带图，可以看到在G =3V时，由于栅施加的正电压，使得PN结处的导带被“拉”低，载流子在VDS偏压作用下隧穿过势垒区，形成漏源电流IDS 。

其次是查看TFET仿真转移特性曲线，从下图可以看到，当栅压较低时，载流子无法完全隧穿，所以电流较小。当栅压达到一定值时，栅压的变化导致能带，尤其是PN-结处的能带发生改变，使载流子可以发生隧穿。

PART 02

用于仿真的电脑选择

本部分内容很水，但也是回答读者问题而出，不少读者对用于仿真的电脑配置咨询较多，我也不是很懂电脑，只能以个人经验来谈谈对电脑的选择。这里仅仅提及对个人使用的笔记本和台式机的选择，对专业的服务器不作探讨，并且这里不涉及任何电脑或硬件品牌的推销。本文撰写十分入门基础，请大佬绕行，小白和只会根据外观选电脑的可以阅读玩玩。

散热

电脑里的风扇是一个排风扇，大致由电源VCC、GND和控制转速的端口作为一个模块连接到电脑发热最快的CPU处理器上方，及时把CPU因为计算处理，内部晶体管等发出的热量及时排到外部，保证CPU温度的正常。所以温度越低，越接近于室温，其CPU的工作状态就越好，如果热量不能及时被排出去或者CPU处理任务变多，电路的保护机制一是要加强散热，要求风扇转速加快，二是要减少发热，给CPU踩刹车，要求降速。为什么要先介绍风扇，因为散热是仿真对电脑的最重要考量因素。同样配置的台式机和笔记本，就因为台式机的散热效果比笔记本好很多，所以同配置（可以理解为同价位）台式机的仿真速度会遥遥领先笔记本。这就像一辆好车，台式机的速度就像是在高速飞驰，笔记本的速度就像在集市的街道开车，再好的车也开不出高速的速度，就是因为笔记本的散热差，导致其CPU难以发挥出真实的水平。所以选择电脑的第一点，优先选择台式机，水冷的优点是安静，对于日常使用的台式机，价位3k~6k即可，追求更佳体验价格上不封顶。

笔记本是一种为了达到便携目的，牺牲了非常巨大的性能形成的产物，可以认为，笔记本除了便携，对仿真来说，几乎没有优点。笔记本定位大概就是用个PPT，写个Word、开个视频会议……的作用。但是对于大多数用户尤其是学生，购买台式机是一件很不现实的事情，选择笔记本是毋庸置疑的。和台式机一样，用于数值仿真的目的，散热依旧是选择笔记本的首要因素。比如底座较厚的、风扇给力的游戏本，不要选择超薄本，尤其是没有风扇，散热很差的超薄本。

CPU

对于仿真而言，散热优秀的电脑无脑冲就可以了，在保证散热的前提下，CPU也可以考虑其中。处理器的选择可以从新品，兼容性好来考虑，比如同一品牌处理器，今年新出的N代处理器，就会比去年发布的N-1代处理器更强，散热良好保证CPU温度相同时，N代处理器性能会比N-1代仿真求解的速度稍微快一点，但是N代处理器的散热不太好的话，N-1代处理器的速度依旧比N代快很多很多。CPU的核数代表由多少个核心组成，CPU的线程用于多任务处理，核心数和线程越多，对并行计算求解具有一定的优势，但是依旧取决于CPU的温度，取决于散热水平

内存和硬盘

内存就是内存条，就目前来看，个人使用的内存，16G即可满足日常使用，如果开的任务比较多，好几个虚拟机也在运行、虚拟机内的仿真运行的数量比较多，可以加到内存条至32G，64G内存以上的情况，个人使用的话觉得没必要，土豪随意。硬盘目前基本都是固态硬盘了，1T，2T，甚至更大都可以，个人觉得512G用个几年，软件、资料一多属实有点紧张。

GPU显卡

GPU显卡为啥在最后，是因为仿真跟显卡关系很小，GPU是用于处理图像、视频文件这些数据和任务的，仿真的时候一不涉及视频播放，二不涉及修图抠图，集成显卡一点毛病没有，来个独显2G已经非常足够了。有对显卡要求较高的比如玩游戏等可以在显卡上花钱，但对仿真速度来说，几乎没有提升。