[發(fā)明專利]一種晶體管器件及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910089793.8
• 申請日: 2009-07-24
• 公開（公告）號: CN101964364A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙柏儒;付躍舉;袁潔;許波;朱北沂;李俊杰;金愛子;曹立新;邱祥岡
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: H01L29/868
• 分類號: H01L29/868;H01L29/73;H01L29/12;H01L21/331
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及基于疊層氧化物薄膜電子器件及其制造方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的半導(dǎo)體p-n結(jié)和基于半導(dǎo)體p-n結(jié)的二極管和晶體管作為半導(dǎo)體電子線路和集成電路中的基本元器件在半導(dǎo)體電子工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。諸如硅和鍺的常見半導(dǎo)體材料的本征電導(dǎo)性很弱，通過引入不同價態(tài)的雜質(zhì)元素可以改變其電導(dǎo)性能，還可以使半導(dǎo)體變?yōu)橐噪娮訛橹饕d流子的n-型半導(dǎo)體或以空穴為主要載流子的p-型半導(dǎo)體。將合適的p-型和n-型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，p-型半導(dǎo)體和n-型半導(dǎo)體之間的載流子由于濃度差而相互擴散，在兩種半導(dǎo)體相互接觸的界面附近產(chǎn)生復(fù)合，形成一定厚度的載流子耗盡層。同時，由于載流子重新分布在p-n結(jié)之間，也產(chǎn)生了一個方向由n-極指向p-極的自建電場，以阻擋由于載流子濃度梯度所引起的載流子的進一步擴散。在外加偏壓的情況下，外加偏壓電場與自建電場方向相同時，將進一步阻擋多數(shù)載流子的擴散，形成高阻態(tài)；外加偏壓電場與自建電場方向相反時，自建電場將被削弱甚至抵消，多數(shù)載流子的擴散變得容易起來，整個p-n結(jié)則呈現(xiàn)低電阻。因此p-n結(jié)具有單向?qū)щ娦裕淳哂姓魈匦浴?/p>

基于上述p-n結(jié)的特性，p-n結(jié)在加正向偏置或反向偏置時，工作狀態(tài)截然不同。處于正向偏置時，在n-極端施加負偏壓，在p-極端施加正偏壓；反之，處于反向偏置時，在n-極端施加正偏壓，在p-極端施加負偏壓。在p-n結(jié)處于正向偏置時，電子擴散穿過耗盡層的勢壘區(qū)從n-極注入p-極，空穴從p-極注入n-極，形成正向電流。正向電流的電荷由多子貢獻，所以電流很大，達到某一偏壓值時，電流急劇增大；而當p-n結(jié)處于反向偏置時，電子作為少子從p-極被拉向n-極，空穴從n-極被拉向p-極，形成反向電流，反向電流的電荷來源是少子，因此電流很小，除非偏置電壓達到擊穿電壓，否則反向電流不會有急增現(xiàn)象。這就是用p-n結(jié)能夠構(gòu)建二極管和用兩個在電輸運上相互關(guān)聯(lián)的p-n結(jié)能夠構(gòu)建成晶體管，即雙極型晶體管的基礎(chǔ)。解決上述反向電流小的問題的途徑就是為反向偏置的p-n結(jié)提供大量的少子。根據(jù)上述正向偏置和反向偏置的p-n結(jié)的特性，為反向偏置的p-n結(jié)提供電流少子的一種方法就是在其附近設(shè)置一個正向偏置的p-n結(jié)提供少子，也就是制作兩個相互靠近的p-n結(jié)，一個被正向偏置，一個被反向偏置，來自正向偏置的p-n結(jié)的大量的少子還來不及被復(fù)合，就被反向偏置的p-n結(jié)收集過去，從而形成較大的反向電流。這樣，反向電流的大小取決于從正向偏置的p-n結(jié)注入過來的少子的數(shù)量，而注入的少子數(shù)量又決定于正向偏壓。從而兩個靠得很近(在電輸運上能夠相互關(guān)聯(lián))的p-n結(jié)，由正向偏置的p-n結(jié)的偏壓控制反向偏置的p-n結(jié)的電流，構(gòu)成能夠?qū)⑿盘柗糯蟮木w管。半導(dǎo)體材料本身因為其多數(shù)載流子是通過熱激發(fā)產(chǎn)生的，隨著溫度的改變而在數(shù)量上會有很大的變化，因此，半導(dǎo)體p-n結(jié)的工作溫區(qū)一般處于室溫附近一個較窄的溫度區(qū)間內(nèi)。

近年來，隨著對新型材料的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物材料由于其結(jié)構(gòu)相似，材料種類多樣而具有多種新的特性，最主要的如高溫超導(dǎo)電性、鐵電性和超大磁電阻效應(yīng)，這是常規(guī)半導(dǎo)體材料所不具備的，所以鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物材料受到了越來越多的關(guān)注，并且已被制成多種器件和得到實質(zhì)性的應(yīng)用。同時，由于材料種類及其摻雜程度的不同，存在著以空穴為主要載流子的p-型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物和以電子為主要載流子的n-型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物，以鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物發(fā)展的電子器件應(yīng)用已逐步形成了一個新的領(lǐng)域，即氧化物電子學(xué)，包括：以宏觀量子現(xiàn)象為基礎(chǔ)的高溫超導(dǎo)電子學(xué)和相應(yīng)的多種高溫超導(dǎo)電子器件(這里主要指鈣鈦礦結(jié)構(gòu)銅氧化物高溫超導(dǎo)體)；以超大磁電阻(CMR)效應(yīng)和自旋極化效應(yīng)為基礎(chǔ)的自旋電子學(xué)以及相應(yīng)的高密度的磁存儲器件和開關(guān)器件(這里主要指鐵磁相的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)錳氧化物超大磁電阻材料)；以電荷極化為基礎(chǔ)的氧化物鐵電體隨機存取存儲器件和鐵電動態(tài)隨機存取存儲器件、場效應(yīng)器件以及微波調(diào)諧器件(這里主要指鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物鐵電體)。