當(dāng)代所有的集成電路芯片都是由PN結(jié)或肖特基勢(shì)壘結(jié)所構(gòu)成：雙極結(jié)型晶體管（BJT）包含兩個(gè)背靠背的PN 結(jié)，MOSFET也是如此。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET） 垂直于溝道方向有一個(gè) PN結(jié)，隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管（TFET）沿溝道方向有一個(gè) PN結(jié)，金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MESFET）或高電子遷移率晶體管（HEMT）垂直于溝道方向含有一個(gè)柵電極肖特基勢(shì)壘結(jié)。

常規(guī)的MOS晶體管由源區(qū)、溝道和漏區(qū)以及位于溝道上方、柵電極下方的柵氧化層所組成。從源區(qū)至溝道和漏區(qū)由兩個(gè)背靠背的PN 結(jié)組成，溝道的摻雜類(lèi)型與其漏極與源極相反。當(dāng)一個(gè)足夠大的電位差施于柵極與源極之間時(shí)，電場(chǎng)會(huì)在柵氧化層下方的半導(dǎo)體表面感應(yīng)少子電荷，形成反型溝道，這時(shí)溝道的導(dǎo)電類(lèi)型與其漏極與源極相同。溝道形成后，MOSFET 即可讓電流通過(guò)，而依據(jù)施于柵極的電壓值不同，可由溝道流過(guò)的電流大小亦會(huì)受其控制而改變，器件工作于反型模式（IM）。由于柵氧化層與半導(dǎo)體溝道界面的不完整性，載流子受到散射，導(dǎo)致遷移率下降及可靠性降低。進(jìn)一步地，伴隨 MOS 器件特征尺寸持續(xù)不斷地按比例縮小，基于PN結(jié)的 MOS 場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)弊端也越來(lái)越明顯。通常需要將一個(gè)摻雜濃度為1×1018cm-3的N 型半導(dǎo)體在幾納米范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)闈舛葹?×1018cm-3的P型半導(dǎo)體，采用這樣超陡峭摻雜濃度梯度是為了避免源漏穿通造成漏電，而這樣設(shè)計(jì)的器件將嚴(yán)重限制器件工藝的熱預(yù)算。由于摻雜原子的統(tǒng)計(jì)分布以及在一定溫度下?lián)诫s原子易于擴(kuò)散的自然屬性，在納米尺度范圍內(nèi)制作這樣超陡峭的PN結(jié)會(huì)變得非常困難，結(jié)果造成晶體管閾值電壓下降，漏電嚴(yán)重，甚至無(wú)法關(guān)閉。而金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管或高電子遷移率晶體管，則會(huì)出現(xiàn)熱穩(wěn)定性較差、肖特基結(jié)柵電極漏電流較大、邏輯擺幅較小、抗噪聲能力較弱等問(wèn)題，這成為未來(lái)半導(dǎo)體制造業(yè)一道難以逾越的障礙。

為克服由PN結(jié)或肖特基結(jié)所構(gòu)成器件在納米尺度所面臨的難以逾越的障礙，2005年，中芯國(guó)際的肖德元等人首次提出一種圓柱體全包圍柵無(wú)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Gate-All-Around-Cylindrical Junctionless Field Effect Transistor, GAAC JLT）及其制作方法，它屬于多數(shù)載流子導(dǎo)電器件。2009年首次發(fā)表該器件基于溝道全耗盡的緊湊型模型并推導(dǎo)出該器件的電流-電壓方程表達(dá)式。器件模型與 Synopsys Sentaurus 三維器件仿真結(jié)果較為吻合。與傳統(tǒng)的MOSFET 不同，無(wú)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JLT）由源區(qū)、溝道、漏區(qū)、柵氧化層及柵極組成，從源區(qū)至溝道和漏區(qū)，其雜質(zhì)摻雜類(lèi)型相同，沒(méi)有PN 結(jié)，屬于多數(shù)載流子導(dǎo)電的器件。圖1.14描繪了這種簡(jiǎn)化了的圓柱體全包圍柵無(wú)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件結(jié)構(gòu)透視圖和沿溝道及垂直于溝道方向的器件削面示意圖。在SOI 襯底上晶體管有一個(gè)圓筒體的單品硅溝道，它與器件的源漏區(qū)摻雜類(lèi)型相同（在圖中為 P型）。絕緣體柵介質(zhì)將整個(gè)圓柱體溝道包裹起來(lái)，在其上面又包裹金屬柵。導(dǎo)電溝道與金屬柵之間被絕緣體介質(zhì)隔離，溝道內(nèi)的多數(shù)載流子（空穴）在圓柱體溝道體內(nèi)而非表面由源極達(dá)到漏極。通過(guò)柵極偏置電壓使器件溝道內(nèi)的多數(shù)載流子累積或耗盡，可以調(diào)制溝道電導(dǎo)進(jìn)而控制溝道電流。當(dāng)柵極偏置電壓大到將圓柱體溝道靠近漏極某一截面處的空穴完全耗盡掉，在這種情況下，器件溝道電阻變成準(zhǔn)無(wú)限大，器件處于關(guān)閉狀態(tài)。由于柵極偏置電壓可以從360°方向?qū)A柱體溝道空穴由表及里將其耗盡，這樣大大增強(qiáng)了柵極對(duì)圓柱體溝道的控制能力，還有效地降低了器件的閾值電壓。由于避開(kāi)了不完整的柵氧化層與半導(dǎo)體溝道界面，載流子受到界面散射影響有限，提高了載流子遷移率。此外，無(wú)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管屬于多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，沿溝道方向，靠近漏極的電場(chǎng)強(qiáng)度比常規(guī)反型溝道的MOS 晶體管要來(lái)得低，因此，器件的性能及可靠性得以大大提高。