सुरंग क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर

सुरंग क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (टीएफईटी) प्रायोगिक प्रकार का ट्रांजिस्टर है। तथापि इसकी संरचना मेटल-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (मोसफेट) के समान है मौलिक स्विचिंग तंत्र अलग होता है, जिससे यह उपकरण कम विद्युत् होने के लिए आशाजनक प्रत्याशी बन जाता है। पारंपरिक मोसफेट के रूप में बाधा पर थर्मोनिक उत्सर्जन को संशोधित करने के अतिरिक्त बाधा के माध्यम से क्वांटम टनलिंग को संशोधित करके टीएफईटी स्विच करते हैं। इस वजह से टीएफईटी थर्मल मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मैन सांख्यिकी मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मैन टेल ऑफ़ कैरियर्स द्वारा सीमित नहीं हैं, जो कमरे के तापमान पर मोस्फेट ड्रेन धारा सबथ्रेशोल्ड स्विंग को लगभग 60 mV/दशक (लॉग स्केल) तक सीमित करता है। टीएफईटी अध्ययनों का पता स्टुएट्ज़र को पता लगाया जा सकता है जिन्होंने 1952 में गेटेड पी-एन जंक्शन, टीएफईटी के मूल तत्वों वाले ट्रांजिस्टर की पहली जांच प्रकाशित की थी। चूँकि सूचित सतह चालकता नियंत्रण टनलिंग से संबंधित नहीं था पहला टीएफईटी 1965 में सूची किया गया था। आईबीएम में जोर्ज एपेंज़ेलर और उनके सहयोगियों ने सबसे पहले प्रदर्शित किया था कि मोसफेट की 60-एमवी-प्रति-दशक सीमा के नीचे वर्तमान स्विंग संभव थे। 2004 में उन्होंने बताया कि उन्होंने कार्बन नैनोट्यूब चैनल के साथ सुरंग ट्रांजिस्टर बनाया है और प्रति दशक सिर्फ 40 mV का सबथ्रेशोल्ड स्विंग है। सैद्धांतिक कार्य ने संकेत दिया है कि लॉजिक परिपथ में मोस्फेट के स्थान पर कम वोल्टेज टीएफईटी का उपयोग करके महत्वपूर्ण विद्युत् को बचाया जा सकता है।

मौलिक मोस्फेट उपकरणों में 60 mV/दशक विद्युत् स्केलिंग की मूलभूत सीमा है। ऑन-धारा और ऑफ-धारा (विशेष रूप से सबथ्रेशोल्ड लीकेज - विद्युत् का प्रमुख योगदानकर्ता) के बीच का अनुपात थ्रेशोल्ड वोल्टेज और सबथ्रेशोल्ड स्लोप के बीच के अनुपात द्वारा दिया जाता है, उदाहरण के लिए:
 * $$ n = 60 \,\, \mathrm{mV/decade}; \,\,\, V_{\rm th} = 300 \,\, \mathrm{mV}  \,\, \rightarrow  \,\, I_{\rm on}/I_{\rm off} = V_{\rm th}/n = 5 \,\, \mathrm{decades} = 100\,000$$

ट्रांजिस्टर की गति ऑन-धारा के समानुपाती होती है: ऑन-धारा जितना अधिक होगा उतनी ही तेजी से ट्रांजिस्टर अपने फैन-आउट (निरंतर कैपेसिटिव लोड) को चार्ज करने में सक्षम होगा। दी गई ट्रांजिस्टर गति और अधिकतम स्वीकार्य सबथ्रेशोल्ड लीकेज के लिए सबथ्रेशोल्ड स्लोप इस प्रकार निश्चित न्यूनतम थ्रेशोल्ड वोल्टेज को परिभाषित करता है। निरंतर फ़ील्ड स्केलिंग के विचार के लिए थ्रेसहोल्ड वोल्टेज को कम करना आवश्यक भाग है। 2003 के बाद से प्रमुख प्रौद्योगिकी डेवलपर्स थ्रेसहोल्ड वोल्टेज स्केलिंग में लगभग फंस गए और इस प्रकार आपूर्ति वोल्टेज को स्केल नहीं किया जा सकता है (जो नई विधियो से प्रदर्शन उपकरणों के लिए थ्रेसहोल्ड वोल्टेज से कम से कम 3 गुना होना चाहिए) परिणामस्वरूप प्रोसेसर की गति 2003 से पहले जितनी तेजी से विकसित नहीं हुई थी (देखें क्मोस से परे) 60 एमवी/दशक से अधिक कम स्लोप वाले बड़े मापदंड पर उत्पादन योग्य टीएफईटी उपकरण के आगमन से उद्योग को 1990 के दशक से स्केलिंग प्रवृत्तियों को जारी रखने में सहायता मिलती है जहां प्रोसेसर आवृत्ति हर 3 साल में दोगुनी हो जाती थी।

संरचना
मूल टीएफईटी संरचना मोसफेट के समान है और इसके अतिरिक्त टीएफईटी के स्रोत और निकासी टर्मिनलों को विपरीत प्रकार से डोप किया जाता है (चित्र देखें)। यह सामान्य टीएफइटी उपकरण संरचना में P-I-N (पी-प्रकार अर्धचालक p-टाइप, आंतरिक अर्धचालक, N-टाइप अर्धचालक n-टाइप) जंक्शन होता है, जिसमें आंतरिक क्षेत्र की इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता को गेट (ट्रांजिस्टर) टर्मिनल द्वारा नियंत्रित किया जाता है।



युक्ति संचालन
उपकरण को गेट बायस लगाकर संचालित किया जाता है जिससे कि एन-टाइप टीएफईटी के लिए आंतरिक क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन संचय होता है। पर्याप्त गेट पूर्वाग्रह पर, बैंड-टू-बैंड टनलिंग (बीटीबीटी) तब होता है जब आंतरिक क्षेत्र का चालन बैंड P क्षेत्र के संयोजी बंध के साथ संरेखित होता है। P-टाइप रीजन सुरंग के वैलेंस बैंड से आंतरिक क्षेत्र के कंडक्शन बैंड में इलेक्ट्रॉन और उपकरण में धारा प्रवाहित हो सकता है। जैसे ही गेट पूर्वाग्रह कम हो जाता है, बैंड गलत हो जाते हैं और धारा प्रवाहित नहीं हो सकता है।

प्रोटोटाइप उपकरण
आईबीएम का समूह सबसे पहले यह प्रदर्शित करने वाला था कि मोस्फेट की 60-mV-प्रति-दशक की सीमा से नीचे का वर्तमान परिवर्तन संभव है। 2004 में उन्होंने कार्बन नैनोट्यूब चैनल के साथ सुरंग ट्रांजिस्टर और प्रति दशक केवल 40 mV के सबथ्रेशोल्ड स्विंग की सूचना दी जाती है ।

2010 तक कई टीएफईटी को विभिन्न सामग्री प्रणालियों में निर्मित किया गया है, किंतु कोई भी अभी तक मुख्यधारा के अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक चालक धाराओं पर खड़ी सबथ्रेशोल्ड स्लोब प्रदर्शित करने में सक्षम नहीं हुआ है। आईईडीएम' 2016 में एलयूएनडी विश्वविद्यालय के समूह ने वर्टिकल नैनोवायर आईएनएएस/गाएएसबी/गैसब टीएफईटी का प्रदर्शन किया था जो 0.3 V के सप्लाई वोल्टेज पर 1 nA/μm के ऑफ-धारा के लिए 48 mV/दशक का सबथ्रेशोल्ड स्विंग ऑन-धारा 10.6 μA/μm 0.3 वी प्रदर्शित करता है जो इससे कम आपूर्ति वोल्टेज पर Si मोस्फेट के उत्तम प्रदर्शन की क्षमता दर्शाता है।

सिद्धांत और सिमुलेशन
डबल गेट पतले-निकाय क्वांटम वेल-टू-क्वांटम वेल टीएफईटी संरचनाओं को पार्श्व टीएफईटी संरचना से जुड़ी कुछ चुनौतियों से बचाव के लिए प्रस्तावित किया गया है जैसे कि अल्ट्रा शार्प डोपिंग प्रोफाइल के लिए इसकी आवश्यकता होती है चूँकि उपकरण संरचना में बड़े लंबवत क्षेत्रों के कारण ऐसे उपकरण गेट रिसाव से ग्रस्त हो सकते हैं।

2013 में सिमुलेशन से पता चला है कि इंडियम आर्सेनाइड-गैलियम एंटीमोनाइड का उपयोग करने वाले टीएफईटी में आदर्श परिस्थितियों में 33 एमवी/दशक का सबथ्रेशोल्ड स्विंग हो सकता है।

2016 में टीएफईटी के लिए वैन डेर वाल्स हेटरोस्ट्रक्चर का उपयोग प्रस्तावित किया गया था।

यह भी देखें

 * सुरंग जंक्शन
 * सुरंग डायोड
 * कार्वर मीड