[發明專利]頂柵ZnO多納米線場效應晶體管的制作方法

無效

• 申請號: 200910080917.6
• 申請日: 2009-03-25
• 公開（公告）號: CN101847581A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: 徐靜波;付曉君;張海英
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28;B82B3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及化合物半導體材料、器件技術領域，尤其涉及一種頂柵ZnO多納米線場效應晶體管的制作方法。

背景技術

ZnO是一種Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙的新型多功能化合物半導體材料，被稱為第三代寬禁帶半導體材料。ZnO晶體為纖鋅礦結構，禁帶寬度約為3.37eV，激子束縛能約為60meV。ZnO具備半導體、光電、壓電、熱電、氣敏和透明導電等特性，在傳感、聲、光、電等諸多領域有著廣闊的潛在應用價值。

近年來，對ZnO材料和器件的研究受到廣泛關注。研究范圍涵蓋了ZnO體單晶、薄膜、量子線、量子點等材料的生長和特性以及ZnO傳感器、透明電極、壓敏電阻、太陽能電池窗口、表面聲波器件、探測器及發光二極管(Light-emitting?Diodes，縮寫LED)等器件的制備和研究方面。目前，已形成多種方法用于ZnO材料的生長，并且研制出若干種類的ZnO器件及傳感器，但是P型ZnO材料的生長，ZnO納米器件的制備及應用等問題依然需要深入和系統的研究。

ZnO是目前擁有納米結構和特性最為豐富的材料，已實現的納米結構包括納米線、納米帶、納米環、納米梳、納米管等。其中，一維納米線由于材料的細微化，比表面積增加，具有常規體材料所不具備的表面效應、小尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應，晶體質量更好，載流子的運輸性能更為優越。一維納米線不僅可以實現基本的納米尺度元器件(如激光器、傳感器、場效應晶體管、發光二極管、邏輯線路、自旋電子器件以及量子計算機等)，而且還能用來連接各種納米器件，可望在單一納米線上實現具有復雜功能的電子、光子及自旋信息處理器件。

ZnO納米線場效應晶體管(Nanowire?Field-Effect?Transistor，NW?FET)已成為國際研究的熱點之一。ZnO一維納米線作為溝道，與柵氧和柵金屬可以形成金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor?Field-Effect?Transistor，MOSFET)。由于ZnO納米線的電學性能隨周圍氣氛中組成氣體的改變而變化，比如未摻雜的ZnO對還原性、氧化性氣體具有優越的敏感性，因此能夠對相應氣體進行檢測和定量測試。這使得ZnO一維納米線場效應晶體管可以用于氣體、濕度和化學傳感器、光電和紫外探測器、存儲器(Memory)等應用領域。尤其是能夠對有毒氣體(如CO、NH₃等)進行探測，通過場效應晶體管的跨導變化，即可檢測出氣體的組成及濃度。與常規SnO₂氣體傳感器相比，基于ZnO納米線場效應晶體管的氣體傳感器具有尺寸小，成本低，可重復利用等優點。

綜上所述，ZnO納米線場效應晶體管的研制在納米電子學和新型納米傳感器方面具有重要的研究和應用價值，將會對國民經濟的發展起到重要的推動作用。

但是，近年來國際上多數研究成果都是針對ZnO單納米線FET器件及其應用，器件工作電流較小，研制ZnO多納米線溝道FET的報道較少，器件性能還有待于進一步提高。考慮到現有報道ZnO納米線FET器件的開態工作電流較低，成為實際應用的主要技術瓶頸之一，因此高開態工作電流的ZnO納米線FET器件是目前ZnO納米器件的一個重要研究方向。

如何提高器件電流需要重點研究。首先，將多根納米線作為并聯溝道是一種可行的技術方案，并已成功應用于碳納米管FET和Si納米線FET的制作。如果將多根ZnO納米線作為并聯溝道，則能夠大幅度提高ZnO納米線FET的電流、跨導、截止頻率等器件性能以及紫外傳感性能。其次，一般ZnO納米線FET是將ZnO納米線轉移到襯底表面上，整根納米線的下表面與介質相接觸，如果將作為溝道的ZnO納米線懸浮于空中，則使得部分納米線的下表面積也可以與外部環境接觸，有利于提高器件的紫外、氣體、化學傳感性能。另外，與在襯底下面制作背柵電極不同，將柵氧介質和柵電極制作在納米線的上面，形成頂柵結構的金屬-氧化物-半導體(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)FET，則可以增強柵電極調控能力，將進一步提高器件性能；并且頂柵FET結構能夠分別控制每一個ZnO納米線FET，而同一襯底上的背柵FET器件共用一個背柵電極，所以無法有效的控制單個FET。因此，高性能頂柵ZnO多納米線溝道的FET器件對于大電流應用是一個理想的選擇。

發明內容

(一)要解決的技術問題