同质结隧穿器件在1988年已被提出和研究，然而此后在电子器件领域鲜有报道。2000年左右，硅基互补场效应晶体管技术面临趋于严重的功耗问题，隧穿器件因理论上可以有更小的工作电压和更低的功耗而重回研究热点。首个突破玻耳兹曼限制在室温下实现亚60毫伏/十进位斜率的是基于半导体型碳纳米管的隧穿场效应晶体管。之后的一个突破是美国加利福尼亚大学伯克利分校研究者实现基于硅材料的隧穿场效应晶体管，获得的亚阈值斜率为52.8毫伏/十进位。更进一步的器件发明有相似表现。在制备工艺方面，同质结隧穿晶体管往往可借助互补金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor; CMOS）工艺实现。

同质结隧穿场效应晶体管的基本结构是带栅电极的pin型（图1）。沟道为本征i型，在正的栅电压下i型沟道被电子占据。在适当的栅电压下沟道与高p型掺杂区的结满足隧穿条件，p区的多子空穴以带间隧穿的机制到达沟道，进而以漂移扩散的形式到达正电压偏置的n区，形成电子导电型的隧穿晶体管。在负的栅电压下，i型沟道趋向于被空穴占据，合适栅电压下在沟道与高n型掺杂区形成隧穿结，形成空穴导电型的隧穿晶体管。与隧穿二极管类似，带间隧穿是在耗尽区正负电荷形成高电场的作用下发生的。与一般场效应晶体管不同，图1所示同质结隧穿场效应晶体管是既可由电子导电又可由空穴导电的双极型场效应晶体管。这个双极型的特性在实际应用中可以通过工艺手段进行抑制，获得电子导电主导或空穴导电主导的单极型晶体管。

图1 基本结构的同质结隧穿场效应晶体管示意图

基本结构的隧穿晶体管能够实现低于60毫伏/十进位的亚阈值斜率，不过有开态电流过小的不足，限制电路应用的速度。以电子导电主导器件为例，一种提高开态电流的方法是采用局域掺杂结构（图2）。在p型源区与i型沟道之间加入局域的n型掺杂，控制这个区域的宽度以满足全耗尽的条件，同时在掺杂工艺中控制热处理引起的杂质扩散长度，可以有效提高开态电流。

图2 带局域掺杂结构的同质结隧穿场效应晶体管示意图

提高开态电流的方法是采用栅场增强结构（图3）。基本pin结构的隧穿电流通路限于栅介质与沟道的表面区域。栅场增强结构在沿沟道隧穿的基础上叠加沿栅电场方向的隧穿，利用栅电场增加隧穿结的电场强度，利用源区增大隧穿通路的面积，也可以有效提高开态电流。

图3 带栅场增强结构的同质结隧穿场效应晶体管示意图