半导体中的隧道效应

半导体中的隧道效应（又称穿隧效应，tunneling effect）是指量子穿隧效应体现在半导体元件上的一个例子。这种现象在半导体元件的尺度不断缩小后愈加明显。

描述

半导体中的穿隧效应，一般发生于半导体元件因散热不佳而过热时，电荷带有过多的动能，越过量子能障，产生非预定的电流。半导体中的电荷包括电子与电洞，基于等效质量的差异，电子比电洞发生穿隧的几率更高。穿隧效应对MOSFET的影响包括：穿隧过绝缘氧化层，或穿隧过通道。除特殊用途（见应用条目）外，这两种穿隧都会使半导体元件失灵。

闸极破坏

一方面由于半导体元件整体的尺度不断缩小，一方面为加强闸极对通道的控制，闸极绝缘氧化层的厚度也愈来愈薄，使得电荷的穿隧效应变得更加明显，也更加严重。电荷穿隧过绝缘氧化层，称为“打穿”（punch through），会导致闸极的破坏。近来，业界尝试以高介电系数（high-k）材料取代以往的二氧化硅绝缘氧化层，以提高等效电容厚度（equivalent oxide thickness, EOT）。

漏电流

电荷穿隧过通道，会导致漏电流的产生，我们可以由阈值电压（又称为门槛电压或临界电压，threshold voltage）的下降来衡量它的严重性。

应用

穿隧效应不单具有破坏性。某些快闪存储器（Flash）反过来利用了穿隧效应来储存电荷，这些快闪存储器在控制闸极（controlling gate）与绝缘氧化层间设有悬浮闸极（floating gate），当于控制闸极施加高电压时，电子被强烈电压吸引而穿过绝缘氧化层到达悬浮闸极，此后电子受困于其中，就使该晶体管储存有电荷资讯。