[發明專利]一種神經元晶體管結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201611235603.5
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN108258044B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 肖德元
• 申請（專利權）人: 上海新昇半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10;H01L29/24;H01L29/423;H01L29/43
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

1.一種神經元晶體管結構，其特征在于，包括：

半導體襯底；

絕緣層，位于所述半導體襯底之上；

半導體溝道，位于所述絕緣層上，采用二維半導體材料，所述二維半導體材料為MoS₂、WS₂、ReS₂或SnO；

柵電位調制結構，位于所述半導體溝道上，由下至上依次包括第一介電層、電位調制層和第二介電層，通過改變所述電位調制層的狀態來調制溝道電位，從而實現神經元晶體管在柵上的加權功能；

碳納米管柵陣列，位于所述柵電位調制結構之上，包括多個碳納米管以及分別引出所述多個碳納米管的多個柵接觸電極；所述碳納米管柵陣列采用金屬性碳納米管；

源接觸電極和漏接觸電極，分別位于所述碳納米管柵陣列兩端，并分別與所述半導體溝道連接；在所述源接觸電極與所述碳納米管柵陣列和柵電位調制結構之間以及在所述漏接觸電極與所述碳納米管柵陣列和柵電位調制結構之間分別設有側墻隔離結構。

2.根據權利要求1所述的神經元晶體管結構，其特征在于：所述半導體襯底為硅襯底。

3.根據權利要求1所述的神經元晶體管結構，其特征在于：所述絕緣層為氧化硅。

4.根據權利要求1所述的神經元晶體管結構，其特征在于：所述柵電位調制結構中，所述第一介電層和所述第二介電層的材料為硅氧化物。

5.根據權利要求1所述的神經元晶體管結構，其特征在于：所述柵電位調制結構中，所述電位調制層的材料為多晶硅。

6.根據權利要求1所述的神經元晶體管結構，其特征在于：所述柵電位調制結構的厚度為2-100nm。

7.根據權利要求1所述的神經元晶體管結構，其特征在于：每個碳納米管的管徑為0.75～3nm，長度為100nm～50μm。

8.根據權利要求1所述的神經元晶體管結構，其特征在于：所述碳納米管柵陣列的多個碳納米管表面覆蓋有鈍化層。

9.根據權利要求1所述的神經元晶體管結構，其特征在于：所述碳納米管的數量為3個以上。

10.一種如權利要求1-9任一項所述的神經元晶體管結構的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

提供半導體襯底；

在所述半導體襯底上形成絕緣層；

在所述絕緣層上采用二維半導體材料形成半導體溝道；

在所述半導體溝道上形成柵電位調制結構，所述柵電位調制結構由下至上依次包括第一介電層、電位調制層和第二介電層；

在所述柵電位調制結構上形成碳納米管柵陣列的多個碳納米管；

在所述多個碳納米管上覆蓋鈍化層；

在所述碳納米管柵陣列兩端分別形成開口露出所述半導體溝道的頂部；

在所述開口緊鄰所述碳納米管柵陣列的一側形成側墻隔離結構；

在所述開口處填充導電材料形成分別與所述半導體溝道連接的源接觸電極和漏接觸電極；以及形成分別引出所述多個碳納米管的多個柵接觸電極；

其中，所述側墻隔離結構使所述碳納米管柵陣列和所述柵電位調制結構分別與所述源接觸電極和漏接觸電極隔開。

11.根據權利要求10所述的神經元晶體管結構的制備方法，其特征在于：形成多個柵接觸電極的方法包括步驟：刻蝕所述鈍化層形成多個通孔以分別露出所述多個碳納米管，然后在所述通孔中填充導電材料，形成多個柵接觸電極。