用于替代實(shí)施例中。
[0038]圖1OC示出了在圖1OB中示意性地示出的裝置的結(jié)構(gòu)的一實(shí)施例。徑向隧穿場(chǎng)效晶體管或柵控江崎二極管包括徑向半導(dǎo)體納米線。在殼5與芯7之間在納米線中調(diào)制了隧穿電流，殼5與芯7具有相反大多數(shù)載流子，諸如ρ型芯和η型殼或反之亦然。芯/殼可以生長(zhǎng)在與殼5相同導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體的桿5Α頂部上，例如，InAs的η型桿將會(huì)例如適合于η-1nAs殼。優(yōu)選地，芯7將會(huì)包括阻擋屏障7B用于在桿5A與芯部7A之間的軸向泄漏電流。阻擋屏障7B可以實(shí)施為呈高能帶隙半導(dǎo)體區(qū)段的形式，或者實(shí)施為緩變摻雜分布，其可以繼續(xù)到部分7A內(nèi)，并且在與芯部7A相同的材料中。引入屏障區(qū)段7B將會(huì)實(shí)現(xiàn)增加如上文所描述的徑向-軸向隧穿電流比的目的。
[0039]優(yōu)選地，源電極3和漏電極13將會(huì)被形成到納米線的桿區(qū)段5A和芯部7A上。如從桿5A看出，在納米線的相反端處，在芯/殼區(qū)段的一部分上對(duì)于殼5的選擇性蝕刻將會(huì)允許電極直接形成到芯部7A上。使電流在桿5A和/或殼5與芯部7A之間傳遞將會(huì)導(dǎo)致隧穿電流，其中有源隧穿界面將會(huì)定位在介于芯部7A與殼5之間的結(jié)處。而且，納米線將會(huì)被包覆在隔離體中，諸如高k電介質(zhì)或氧化物9中，可能由原子層沉積來沉積隔離體以用于適形(conformal)覆蓋。第三電極11將會(huì)用于調(diào)制在芯部7A與殼5之間的隧穿電流，在如上文所描述的全環(huán)柵/全包圍柵(gate-all-around)裝置架構(gòu)中，第三電極11放置于有源隧穿結(jié)上，由隔離體9與殼5分離開，與相鄰區(qū)段(例如，7B)具有或不具有部分重疊(overlap)或欠重疊/負(fù)重疊(underlap)。因此,第三電極(柵極)11將會(huì)施加與在芯部7A與殼5之間的隧穿電流平行的電場(chǎng)。
[0040]上文所描述的裝置提供徑向隧穿場(chǎng)效晶體管，其中，主導(dǎo)隧穿電流在具有不同的大多數(shù)載流子的納米線的兩個(gè)區(qū)段之間受調(diào)制，諸如，P型GaSb芯7和η型InAs殼5或反之亦然。該裝置向電流提供徑向隧穿貢獻(xiàn)并且限制來自熱激勵(lì)載流子的貢獻(xiàn)和偏置條件下的擴(kuò)散運(yùn)輸。在前文提到的貢獻(xiàn)之間的比例由引入于源極與漏極中的載流子庫(kù)之間的屏障7Β增加,其中源極3可以是與連接到η型InAs殼5的η型InAs納米線桿5Α串聯(lián)的η型InAs緩沖層，并且漏極可以是連接到金屬電極13的全部或部分ρ型GaSb芯7Α。屏障或“插塞”7Β可包括高能帶隙半導(dǎo)體，諸如GaAs或InP，或緩變半導(dǎo)體并且最小化了與從柵極施加的電場(chǎng)垂直的泄漏電流，其中柵極被定位成使得主導(dǎo)隧穿電流平行于由柵極施加的電場(chǎng)，即徑向隧穿。
[0041]在圖3至圖9中的模擬使用了非局部隧穿模型，僅考慮在柵極區(qū)域處的直接隧穿。不希望受特定理論限制，本發(fā)明者假定這應(yīng)合理地準(zhǔn)確預(yù)測(cè)接通電流以及亞閾值斜率(SS)，不存在能使反亞閾值斜率降級(jí)的任何缺陷/聲子輔助的隧穿。也省略了負(fù)偏壓(negative bias)的任何雙極性(ambipolarity)。
[0042]在圖4所示的軸向納米線TFET的模擬中，欠重疊表示柵電極11并未以附圖中提到的量到達(dá)納米線的(Al)GaSb下部8 (即，柵電極位于ρη結(jié)上方)。部分重疊表示柵電極11以圖4中提到的量到達(dá)納米線的(Al)GaSb下部8 (即，柵電極在ρη結(jié)下方延伸)。在圖5所示的徑向納米線TFET的模擬中，欠重疊表示柵電極11并未到達(dá)InAs殼5的端部(SP，底部)，而部分重疊表示柵電極11到達(dá)InAs殼5下方。
[0043]模擬裝置示出了約7毫伏/十進(jìn)位(mV/ decade)的類似最小SS，其中十進(jìn)位對(duì)應(yīng)于漏極電流的10倍增加。然而，圖1OA的軸向TFET在柵欠重疊或部分重疊的情況下嚴(yán)重降級(jí)。相比而言，圖1OB的徑向TFET對(duì)于欠重疊和部分重疊效應(yīng)具有更好的免疫性，這將允許更牢靠得多的制造方案，因?yàn)闁烹姌O可以被設(shè)計(jì)成與殼具有某些量的部分重疊或欠重疊。
[0044]圖1OB中所示的裝置為優(yōu)選實(shí)施例。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這些結(jié)構(gòu)提供以下優(yōu)點(diǎn)。上納米線“插塞”部分7B阻擋了隧道載流子的常用較大側(cè)向降級(jí)(平行于施加的源極-漏極場(chǎng))。具有漏極接觸件13以及GaSb芯部7A的殼5提供很陡的徑向ρη結(jié)(斷裂或交錯(cuò)帶隙對(duì)準(zhǔn))，取決于芯直徑和殼厚度、摻雜水平和材料組成(例如，Sb和Al的量)。圍柵11強(qiáng)加了垂直于ρη結(jié)的場(chǎng)使得跨越所述結(jié)的總電場(chǎng)(源極-漏極和柵極場(chǎng))基本上垂直于ρη-結(jié)；這最小化了電位降低(在元件5至7Α方向上，在穿過該結(jié)構(gòu)的整個(gè)截面上，電位的豎直部分是恒定的)并且因此費(fèi)米能階在結(jié)的兩側(cè)上幾乎恒定。場(chǎng)的平行部分包括源-漏電位。以此方式感應(yīng)的跨越所述結(jié)的費(fèi)米能階中的幾乎逐步變化允許實(shí)現(xiàn)提供亞60 mV/dec亞閾值擺幅和高隧道電流的載流子的亞熱隧道生成。
[0045]本發(fā)明的另一實(shí)施例提供在江崎二極管中的極性反轉(zhuǎn)，其可以用于形成多結(jié)太陽(yáng)能電池。如圖1lA所示，太陽(yáng)能電池101包括了在平面太陽(yáng)能電池131上表面132上直立的平面ρη或pin結(jié)太陽(yáng)能電池131部分和徑向江崎二極管I部分。具體而言，二極管I的縱向軸線可以垂直于平面太陽(yáng)能電池131的上表面132延伸。
[0046]平面太陽(yáng)能電池可包括第一導(dǎo)電類型(例如，η型)的第一區(qū)域(例如，上區(qū)域或?qū)?133和第二導(dǎo)電類型(例如，ρ型)的第二區(qū)域(例如，下區(qū)域或?qū)?135。區(qū)域133和135形成ρη結(jié)。若需要,本征層可以位于區(qū)域133與135之間以形成pin結(jié)。
[0047]第二區(qū)域135可以包括摻雜半導(dǎo)體基板、在半導(dǎo)體基板中的摻雜區(qū)域或者形成于半導(dǎo)體上的摻雜半導(dǎo)體層、導(dǎo)電(例如，金屬)或絕緣(例如，陶瓷、塑料、玻璃、石英等)基板(為了清楚起見未圖示)。第一區(qū)域133可以包括在半導(dǎo)體基板中的摻雜區(qū)域或者在第二區(qū)域135上所形成的摻雜半導(dǎo)體層。區(qū)域133和135可以包括任何類型的半導(dǎo)體，諸如無機(jī)半導(dǎo)體，例如IV族(例如，硅、鍺、SiGe等)、II1-V族(例如，GaAs, InP等)或I1- VI族(例如，CdTe等)半導(dǎo)體。例如，區(qū)域133可以是η型硅并且區(qū)域135可以是ρ型硅。
[0048]平面太陽(yáng)能電池131的上表面132可以包括電絕緣掩膜層109Α，諸如氮化硅、二氧化硅等。優(yōu)選地，層109Α對(duì)于太陽(yáng)能輻射是透明的，特別地具有比在由芯7和殼5所形成的太陽(yáng)能電池結(jié)中吸收的波長(zhǎng)更高的波長(zhǎng)。納米線I穿過掩膜層109Α中的開口 111突伸。
[0049]納米線I芯7可以生長(zhǎng)于通過開口 111暴露的半導(dǎo)體區(qū)域133上，無需使用如上文所描述的催化劑。替代地，納米線I芯7可以使用金屬催化劑粒子或經(jīng)由選擇性區(qū)域生長(zhǎng)而首先生長(zhǎng)在區(qū)域133的上表面132上，之后圍繞納米芯形成掩膜層109Α并且然后圍繞暴露的芯7而生長(zhǎng)所述殼5，也如上文所描述那樣。
[0050]納米線芯7和平面太陽(yáng)能電池131的第一區(qū)域133彼此接觸并且具有相同導(dǎo)電類型(例如，η型)。殼5和平面太陽(yáng)能電池131的第二區(qū)域135并不彼此接觸并且具有與芯7和第一區(qū)域133的導(dǎo)電類型不同的相同導(dǎo)電類型(例如，ρ型)。
[0051]優(yōu)選地，圖1lA所示的結(jié)構(gòu)形成多結(jié)平面/納米線混合太陽(yáng)能電池的兩個(gè)ρη結(jié)，其中納米線結(jié)優(yōu)選地基于III/V半導(dǎo)體并且基板(例如，平面太陽(yáng)能電池)結(jié)基于Si。芯和殼區(qū)域可包括II1-V材料，諸如以GaAs/InP為例。
[0052]徑向納米線江崎二極管為利用重度摻雜n++/p++芯/殼區(qū)域和能帶隙異質(zhì)結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的“環(huán)繞”(例如，周向)異質(zhì)結(jié)構(gòu)江崎二極管用于改進(jìn)性能。江崎帶通極性反轉(zhuǎn)有利于保留來自高能量帶隙納米線太陽(yáng)能電池中所激勵(lì)的載流子的帶能量。這也提供用于使江崎二極管面積與結(jié)激勵(lì)體積匹配的優(yōu)點(diǎn)，以便于促成在結(jié)之間的臨界電流匹配。這特別地優(yōu)于使用軸向納米線江崎二極管。
[0053]圖1lB示出了多結(jié)太陽(yáng)能電池101的另一實(shí)施例，其中，殼5包括了在芯7的頂部部分處的球形物或類似塊體區(qū)域。若需要，額外掩膜層109B可以形成于殼5與第一掩膜層109A之間。
[0054]圖1lC示出了另一實(shí)施例多結(jié)太陽(yáng)能電池101，其中芯7包括異質(zhì)結(jié)構(gòu)，異質(zhì)結(jié)構(gòu)包含由上文所描述的柵控TFET應(yīng)用的特殊值的第一導(dǎo)電類型的不同II1-V半導(dǎo)體材料、和/或不同摻雜水平而組成的下7C區(qū)域和上7D區(qū)域。
[0055]圖1lD示出了 η側(cè)電極141和ρ側(cè)電極143到太陽(yáng)能電池101的連接。在形成η側(cè)(例如，納米線側(cè))電極141之前，額外殼層，第一導(dǎo)電類型(例如，η型)的塊體或類似塊體區(qū)域113形成于第二導(dǎo)電類型(例如，ρ型)殼5上并且與殼5接觸。因此，在此實(shí)施方式中，在納米線中的徑向順序?qū)?在此型式中):n++/p++/p/i/n/n+區(qū)域，其中第一 n++/p++結(jié)組成/構(gòu)成了江崎隧道二極管，P/i/n 二極管為有源的、較大能帶隙太陽(yáng)能電池，并且η+層用于提供納米線太陽(yáng)能電池的接觸表面層。
[0056]然后將η側(cè)電極141形成為與區(qū)域113接觸。如果太陽(yáng)能電池101的納米線側(cè)將向太陽(yáng)能輻射暴露，那么電極141由對(duì)于太陽(yáng)能輻射基本上透明的導(dǎo)電材料(諸如，透明導(dǎo)電氧化物(TC0)，例如氧化銦錫、氧