[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

本發明提供一種神經元晶體管結構及其制備方法，該結構包括：半導體襯底；位于所述半導體襯底之上的絕緣層；位于所述絕緣層上采用二維半導體材料的半導體溝道；位于所述半導體溝道上的柵電位調制結構；位于所述柵電位調制結構之上的碳納米管柵陣列；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的源接觸電極和漏接觸電極；以及所述碳納米管柵陣列和柵電位調制結構與所述源接觸電極和所述漏接觸電極之間的側墻隔離結構。本發明的神經元晶體管結構，以二維半導體材料為溝道，以金屬碳納米管柵陣列作為多輸入柵電極，可使溝道電荷更易控制，顯著減小柵極尺寸，有利于解決集成電路中晶體管數目及互連線增多帶來的諸多問題。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，特別是涉及一種神經元晶體管結構及其制備方法。

背景技術

為了解決在芯片上增加元件密度的問題，一種在輸入端采用浮柵連接電容器的神經元MOS晶體管(Neuron MOSFET，簡寫為neuMOS或vMOS)，因其簡單的結構和特殊的功能而引起了越來越多的關注。

神經元器件在功能上相當于構成人類大腦、眼睛等部位利用電路實現信息傳導的神經細胞(神經元)。具體地說，一個神經元器件可以分別對多個輸入信號進行加權，并且當加權信號的相加結果達到閾值時，輸出一個預定的信號。這種神經元器件加權輸入信號的方式是通過其中的神經元晶體管來實現的，神經元晶體管具有多個輸入電極的柵極結構，當多輸入柵極的輸入電壓之和達到一個預定值時，源極和漏極之間才會導通。神經元器件的加權方式相當于神經細胞突觸，可以是由一個電阻和一個場效應晶體管組成，而神經元晶體管就相當于這個神經細胞的細胞體。神經元晶體管在柵上的求和過程可以利用電容耦合效應的電壓模式，除電容充放電電流外，沒有其它電流，因此基本上沒有功耗。

隨著集成電路的發展及其集成度的提高，傳統的基于單一晶體管功能的硅集成電路，出現了很多困難的、急待解決的問題，而神經元MOS晶體管作為一種具有強大功能的單元晶體管，為解決集成電路中晶體管數目及互連線增多帶來的問題提供了一種有效的途徑。

發明內容

鑒于以上所述現有技術，本發明的目的在于提供一種神經元晶體管結構及其制備方法，用于解決現有技術中的種種問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種神經元晶體管結構，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；

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；

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；

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。

可選地，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。

可選地，所述半導體襯底為硅襯底。

可選地，所述絕緣層為氧化硅。

可選地，所述半導體溝道采用的二維半導體材料為MoS₂、WS₂、ReS₂或SnO。

可選地，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。

可選地，所述柵電位調制結構中，所述電位調制層的材料為多晶硅。

可選地，所述柵電位調制結構的厚度為2-100nm。