[發(fā)明專利]莫特晶體管及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610078287.9
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105633280A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張洪亮;曹鴻濤;李龍;張莉莉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: H01L49/00
• 分類號: H01L49/00
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭小粵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種莫特晶體管及制備方法。

背景技術(shù)

莫特(Mott)絕緣體是具有強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)的絕緣體，其通過熱、光和電 場都可引起莫特絕緣體的金屬-絕緣體莫特轉(zhuǎn)變，這就使得莫特絕緣體可應(yīng)用于 窗戶涂層、新型固態(tài)存儲器、超材料、莫特場效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域。目前，采用 莫特絕緣體制備的莫特晶體管，其通常采用二氧化釩(VO₂)作為晶體管的溝道 層、離子液作為晶體管的柵介質(zhì)層，通過靜電調(diào)控使得二氧化釩在較高溫度下 發(fā)生金屬-絕緣體莫特轉(zhuǎn)變。但是，采用離子液作為莫特晶體管的柵介質(zhì)層時， 由于其存在漏液和熱穩(wěn)定性差等潛在問題，使得莫特晶體管的穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對傳統(tǒng)的采用離子液作為莫特晶體管的柵介質(zhì)層時存在 漏液和熱穩(wěn)定性差，導(dǎo)致莫特晶體管的穩(wěn)定性較差的問題，提供一種莫特晶體 管及制備方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的提供的一種莫特晶體管制備方法，包括如下步驟：

采用鍍膜工藝在襯底表面制備柵極，并在所述柵極表面依次制備柵介質(zhì)層 和溝道層；并在未被所述溝道層覆蓋的所述柵介質(zhì)層表面制備源極和漏極，完 成底柵結(jié)構(gòu)的莫特晶體管的制備；

或

采用所述鍍膜工藝在所述襯底表面依次制備所述溝道層和所述柵介質(zhì)層， 并在未被所述柵介質(zhì)層覆蓋的所述溝道層表面制備所述源極和所述漏極，在所 述柵介質(zhì)層表面制備所述柵極，完成頂柵結(jié)構(gòu)的莫特晶體管的制備；

其中，所述溝道層為莫特絕緣體薄膜；

所述柵介質(zhì)層為固態(tài)氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜。

在其中一個實(shí)施例中，所述鍍膜工藝為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝、 磁控濺射工藝、電子束蒸發(fā)工藝或脈沖激光沉積工藝。

在其中一個實(shí)施例中，采用磁控濺射沉積工藝制備所述柵介質(zhì)層時的工藝 條件為：

功率密度為0.64W/cm²-2.55W/cm²；

靶材至襯底之間的距離為8cm-20cm。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種莫特晶體管，采用上述任一種莫特晶體管制 備方法制備，包括：

襯底，形成于所述襯底上的柵極，依次形成于所述柵極上的柵介質(zhì)層和溝 道層，以及形成于未被所述溝道層覆蓋的所述柵介質(zhì)層上的源極和漏極；

或

所述襯底，依次形成于所述襯底上的所述溝道層和所述柵介質(zhì)層，以及形 成于未被所述柵介質(zhì)層覆蓋的所述溝道層上的所述源極和所述漏極，以及形成 于所述柵介質(zhì)層上的所述柵極；

其中，所述溝道層為莫特絕緣體薄膜；

所述柵介質(zhì)層為固態(tài)氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜。

在其中一個實(shí)施例中，所述固態(tài)氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜的材料為二氧化硅、氧 化鋁、氧化鎢、氧化鋯和氧化鉿中的至少一種。

在其中一個實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層的厚度為200nm—10μm。

在其中一個實(shí)施例中，所述莫特絕緣體的材料為二氧化釩、氧化鈷、鈣鈦 礦、鎳酸鹽、釔摻雜的Ca₃Co₄O₉、氧摻雜的YBa₂Cu₃O_7-δ、NdNiO_3-δ、VO₂–ZrV₂O₇復(fù)合材料、In/Si納米線、Fe₃O₄納米晶體或銅氧化物。

在其中一個實(shí)施例中，所述溝道層的厚度為5nm—120nm。

在其中一個實(shí)施例中，所述柵極、所述源極和所述漏極均為金屬膜或透明 導(dǎo)電膜。

上述莫特晶體管制備方法的有益效果：

其通過在制備莫特晶體管過程中，將莫特晶體管中的柵介質(zhì)層制備成固態(tài) 氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜結(jié)構(gòu)，同時將莫特晶體管中的溝道層制備為莫特絕緣體薄膜 結(jié)構(gòu)，這就使得所制備的莫特晶體管為全固態(tài)結(jié)構(gòu)。由此，當(dāng)通過靜電調(diào)控進(jìn) 行莫特晶體管中溝道層的莫特轉(zhuǎn)變時，不會出現(xiàn)漏液和熱穩(wěn)定性差的問題，從 而也就有效保證了莫特晶體管性能的穩(wěn)定性。最終有效解決了采用離子液作為 莫特晶體管的柵介質(zhì)層時存在漏液和熱穩(wěn)定性差，導(dǎo)致莫特晶體管的穩(wěn)定性較 差的問題。

附圖說明