[發明專利]具有石墨烯納米帶異質結構的隧穿場效應晶體管

有效

• 申請號: 201210180199.1
• 申請日: 2012-06-01
• 公開（公告）號: CN102694030A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 劉飛;劉曉彥;杜剛;王漪
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/16;H01L29/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及隧穿場效應晶體管技術領域，特別是涉及一種具有石墨烯納米帶異質結構的隧穿場效應晶體管。

背景技術

隨著互補金屬氧化物半導體(CMOS)尺寸縮小日益達到技術的極限，需要新的器件結構進一步提升芯片的性能。隧穿場效應晶體管利用隧穿效應進行電荷的傳輸，可以突破傳統的場效應晶體管的亞閾值斜率(SS)的極限60meV/decade。除此之外，隧穿場效應晶體管還具有低的驅動電壓、高的開關比等優點，成為新一代半導體器件的有力競爭者[1]。

隧穿場效應晶體管一般采取非對稱摻雜的技術，在源區和漏區分別進行空穴(p)摻雜和電子(n)摻雜，溝道中采用本征材料，進而形成p-i-n結。由于這種結構的特點，在驅動電壓下，p區的價帶頂能量會大于n區導帶底的能量，從而p區的空穴可以隧穿到n區，通過柵電壓的調制可以控制隧穿電流的大小。目前已經制備出利用硅、鍺和III-V族材料作為溝道材料的隧穿超效應晶體管[2-6]。

隧穿場效應晶體管相比于傳統的場效應晶體管具有小的漏電流和較小的亞閾值斜率等優點，但是其開態電流相比于金屬絕緣層場效應晶體管要小。針對這一問題，需要通過采用新的材料和新的結構設計來改善隧穿場效應晶體管的性能。

上面提到的參考文獻如下：

1、A.M.Ionescu?and?H.Riel，“Tunnel?field-effect?transistors?as?energy?efficient?electronic?switches，”Nature，vol.479，no.7373，pp.329-337，Nov.2011.

2、Appenzeller，J.，Lin，Y.-M.，Knoch?J.&?Avouris，P.Band-to-band?tunneling?in?carbon?nanotube?field-effect?transistors.Phys.Rev.Lett.93，196805(2004).

3、Krishnamohan，T.，Kim，D.，Raghunathan，S.&?Saraswat，K.Double-gate?strained-Ge?heterostructure?tunneling?FET(TFET)with?record?high?drive?currents?and＜60?mV/dec?subthreshold?slope.Tech.Digest?IEEE?Int.Electron?Devices?Meet.947-949(IEEE，2008).

4、Mayer，F.et?al.Impact?of?SOI，Si1-xGexOI?and?GeOI?substrates?on?CMOS?compatible?tunnel?FET?performance.Tech.Digest?IEEE?Int.Electron?Devices?Meet.163-166(IEEE，2008).

5、Hu，C.et?al.Prospect?of?tunneling?green?transistor?for?0.1VCMOS.IEEE?Int.Electron?Devices?Meet.16.1.1-16.1.4(IEEE，2010).

6、Moselund，K.E.et?al.Comparison?of?VLS?grown?Si?NW?tunnel?FETs?with?different?gate?stacks.Proc.Eur.Solid?State?Device?Res.Conf.448-451(IEEE，2009).

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何在保持隧穿場效應晶體管較小漏電流的同時增大開態電流，并進一步減小亞閾值斜率。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種具有石墨烯納米帶異質結構的隧穿場效應晶體管，包括源區、溝道區和漏區，所述源區和漏區分別形成于所述溝道區的兩側，所述溝道區的材料為石墨烯納米帶，所述源區的材料為p型摻雜的石墨烯納米帶，所述漏區的材料為n型摻雜的石墨烯納米帶，且所述源區的石墨烯納米帶的寬度大于所述溝道區、漏區的石墨烯納米帶的寬度。

優選地，所述溝道區和漏區的石墨烯納米帶的寬度相等。

優選地，還包括襯底區，所述源區、溝道區和漏區均形成于所述襯底區上方。

優選地，還包括形成于所述溝道區上方的柵疊層區。