[發(fā)明專利]一種硅基鐵電柵薄膜晶體管及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410246523.4
• 申請(qǐng)日: 2014-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN103996718A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘向麗;丁濤;張溢;宋宏甲;王金斌;周益春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/786
• 分類號(hào): H01L29/786;H01L21/34;H01L21/285
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 魏娟

1.一種硅基鐵電柵薄膜晶體管，其特征在于，該晶體管底層為斜切單晶硅襯底(1)，中間層從下到上依次為鈣鈦礦導(dǎo)電氧化物底柵電極(2)、鐵電絕緣層(3)和氧化物半導(dǎo)體有源層(4)，頂層為晶體管源極(5)和漏極(6)；其中，所述斜切單晶硅襯底(1)為具有原子尺寸臺(tái)階的本征硅。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基鐵電柵薄膜晶體管，其特征在于，所述斜切硅襯底(1)的斜切角度θ的范圍為0°<θ≤20°。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基鐵電柵薄膜晶體管，其特征在于，所述斜切硅襯底(1)的斜切角度θ為3°≤θ≤10°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基鐵電柵薄膜晶體管，其特征在于，所述鈣鈦礦導(dǎo)電氧化物底柵電極(2)為LaNiO₃、SrRuO₃、La_0.7Ca_0.3MnO₃、La_0.67Sr_0.33MnO₃或La_0.5Sr_0.5CoO₃薄膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基鐵電柵薄膜晶體管，其特征在于，所述鐵電絕緣層(3)材料為Bi₄Ti₃O₁₂、SrBi₂Ta₂O₉、PbTiO₃、BaTiO₃或BiFeO₃，或者為La、Nd、Ce、Sr、Zr、Mn、W、Na的一種或者幾種摻雜Bi₄Ti₃O₁₂、SrBi₂Ta₂O₉、PbTiO₃、BaTiO₃或BiFeO₃中的任意一種；

所述氧化物半導(dǎo)體有源層(4)為ZnO、SnO₂或In₂O₃中的任意一種，或者為Al、Li、Sn、Sb、Ga的一種或者幾種摻雜ZnO、SnO₂或In₂O₃中的任意一種；

所述源極(5)和漏極(6)為Pt、Au、Ag、Ir或Ti金屬層，或者為以上金屬中的兩種以上所組成的金屬復(fù)合層，或者為LaNiO₃、SrRuO₃、IrO₂金屬氧化物中的任意一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基鐵電柵薄膜晶體管，其特征在于，所述鈣鈦礦導(dǎo)電氧化物底柵電極(2)厚度為10～200nm；

所述鐵電絕緣層(3)厚度為50～600nm；

所述氧化物半導(dǎo)體有源層(4)厚度為10～100nm；

所述源極(5)和漏極(6)厚度分別為10～200nm。

7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的硅基鐵電柵薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：[1]清洗斜切單晶硅基片，以用作襯底；[2]在斜切單晶硅襯底上生長鈣鈦礦導(dǎo)電氧化物底柵電極；[3]在鈣鈦礦導(dǎo)電氧化物底柵電極上生長鐵電絕緣層；[4]在鐵電絕緣層上生長氧化物半導(dǎo)體有源層；[5]在氧化物半導(dǎo)體有源層上生長晶體管的源極和漏極。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟[2]和[3]通過脈沖激光沉積法或磁控濺射法生長。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟[2]中通過控制沉積條件和斜切硅襯底的取向與角度來調(diào)控鈣鈦礦導(dǎo)電氧化物薄膜的晶體取向和晶格常數(shù)，所得的取向生長的鈣鈦礦導(dǎo)電氧化物薄膜作為晶體管的底柵電極層和生長鐵電絕緣層的模板層。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟[3]具體為：通過鈣鈦礦導(dǎo)電氧化物柵電極(2)作為模板層生長擇優(yōu)取向的鐵電絕緣層。