[發明專利]無結型隧穿場效應晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 201710583767.5
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107342320B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 張書琴;梁仁榮;王敬;許軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發明提出了無結型隧穿場效應晶體管及制備方法。該無結型隧穿場效應晶體管包括：絕緣層；溝道區，所述溝道區設置在所述絕緣層上；源極和漏極，所述源極以及所述漏極設置在所述溝道區的兩側；柵介質層，所述柵介質層設置在所述溝道區上；柵極，所述柵極設置在所述柵介質層上，所述柵極包括頂柵以及靜電調制柵極。由此，該無結型隧穿場效應晶體管具有以下優點的至少之一：結構簡單，可以利用較為簡單的工藝流程實現制備，摻雜濃度靈活可調，功耗較低等。

技術領域

本發明涉及電子領域，具體地，涉及無結型隧穿場效應晶體管及制備方法。

背景技術

隧穿場效應晶體管在室溫下其亞閾值擺幅可以達到低于60mV/dec的值，突破了傳統場效應晶體管的極限。這使得它在未來的低功耗集成電路領域有著很好的應用前景。但傳統的隧穿晶體管需要采用離子注入以及高溫退火工藝形成隧穿結，其熱耗散較大，工藝復雜，且存在雜質擴散，難以形成小尺寸的突變結。而無結型場效應晶體管不需要離子注入形成結，但其仍然依賴于載流子的漂移擴散而工作，因此亞閾值擺幅也受到60mV/dec的限制。

因而，無論是目前的無結型場效應晶體管還是隧穿場效應晶體管，其結構以及制備方法仍有待改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

本發明是基于發明人的以下發現而完成的：

目前基于傳統半導體的隧穿場效應晶體管，需要采用離子注入以及高溫退火工藝形成隧穿結，其熱耗散較大，工藝復雜，且存在雜質擴散，難以形成小尺寸的突變結。而無結型晶體管不需要離子注入形成結，但其仍然依賴于載流子的漂移擴散而工作，因此亞閾值擺幅也受到60mV/dec的限制。就此，發明人經過深入研究，提出一種無結型隧穿晶體管，它可以結合無結型晶體管與隧穿晶體管的優勢，在降低工藝復雜度與熱耗散的前提下，實現低于60mV/dec的亞閾值擺幅。

有鑒于此，在本發明的一個方面，本發明提出了一種無結型隧穿場效應晶體管。該無結型隧穿場效應晶體管包括：絕緣層；溝道區，所述溝道區設置在所述絕緣層上；源極和漏極，所述源極以及所述漏極設置在所述溝道區的兩側；柵介質層，所述柵介質層設置在所述溝道區上；柵極，所述柵極設置在所述柵介質層上，所述柵極包括頂柵以及靜電調制柵極。由此，該無結型隧穿場效應晶體管具有以下優點的至少之一：結構簡單，可以利用較為簡單的工藝流程實現制備，摻雜濃度靈活可調，功耗較低等。

根據本發明的實施例，所述溝道區是由具有雙極導通特性的二維薄膜材料形成的。由此，由其實現的無結型隧穿場效應晶體管具有更好的柵控能力，二維材料以范德瓦爾斯力結合，無懸掛鍵，可以有效地避免陷阱輔助隧穿，并且在正負柵壓下可分別實現不同濃度的離子摻雜，工藝簡單，靈活可調。

根據本發明的實施例，所述溝道區包括黑磷、二硒化鎢、二硫化鎢、石墨烯以及二碲化鎢的至少之一。由此，可以利用上述來源廣泛、容易獲得的材料形成溝道區，進而可以節約生產成本。

根據本發明的實施例，所述溝道區的厚度為6nm以下。因此，可以形成較薄的溝道，其中的載流子可以受到更強的柵極控制，由其實現的無結型隧穿場效應晶體管能夠更好的實現開啟和關斷。

根據本發明的實施例，所述靜電調制柵極靠近所述源極或所述漏極設置。由此，可以更好的實現對溝道區摻雜類型的控制，有利于形成突變結。

根據本發明的實施例，該無結型隧穿場效應晶體管包括兩個所述靜電調制柵極，所述頂柵設置在兩個所述靜電調制柵極之間。由此，可以更好的實現對溝道區摻雜類型的控制。

根據本發明的實施例，所述源極以及所述漏極分別獨立地由金屬形成，形成所述源極的金屬，與形成所述漏極的金屬具有不同的功函數。由此，可以在源端以及漏端形成不同的摻雜類型，其中，低功函數的金屬有利于電子的流動，而高功函數的金屬有利于空穴的流動。