[發明專利]一種雙材料氧化層結構的黑磷場效應管

在審

• 申請號: 201810258143.0
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108428735A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 沈志豪;趙劍飛;江斌;王偉
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L29/12
• 分類號: H01L29/12;H01L29/49;H01L29/78
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 呂朦

本發明公開了一種雙材料氧化層結構的黑磷場效應管，包括導電溝道、源區、漏區、柵極氧化層、源極、漏極、柵極；柵極氧化層位于導電溝道、源區、漏區外，柵極氧化層包括高介電常數柵極氧化層和低介電常數柵極氧化層；高介電常數柵極氧化層位于源區及導電溝道靠近源區的部分外；低介電常數柵極氧化層位于漏區及導電溝道靠近漏區的部分外。本發明與具有低介電常數的傳統黑磷場效應管相比，具有更高的I _on/I _off比、跨導、移動電荷和平均速度；與具有高介電常數的傳統黑磷場效應管相比，具有更低的量子電容，更小的固有延遲時間和更短的功率延遲。

技術領域

本發明涉及黑磷場效應管領域，尤其是涉及到黑磷場效應管的雙材料氧化層結構。

背景技術

迄今為止，傳統的Si-CMOS器件已經用于半導體工業。但是現在由于一些挑戰和局限性，要跟上摩爾定律是非常困難的。許多研究表明，導體型的黑磷可以用作場效應管的溝道材料，黑磷場效應管將成為CMOS器件的有力競爭者。相比于硅基材料，黑磷場效應管在器件內部電子的輸運機制近似于彈道輸運，黑磷場效應管能獲得更高的驅動電流，更快的響應速度，以及功耗的顯著下降。因此黑磷場效應管具有超出硅管的卓越性能，有相當的工業應用前景。

在場效應管的性能中，漏電流是一個重要的設備參數，由于持續的擴展而受到很大的影響。為了保持較大的開態電流和減少短溝道效應，需要將氧化層厚度按比例進行擴展。柵極介電層漏電流隨著氧化層厚度的降低而增加，成為關態電流最重要的產生者。芯片上的數以百萬晶體管的漏電流會導致很大的功率損耗從而燒壞芯片。

發明內容

發明目的：針對傳統納米器件結構在擴張過程中為了保持較大的開態電流和減少短溝道效應不得不增加氧化層厚度，從而導致漏電流增加的問題，本發明提供一種雙材料氧化層結構的黑磷場效應管。

技術方案：一種雙材料氧化層結構的黑磷場效應管，包括導電溝道、源區、漏區、柵極氧化層、源極、漏極、柵極；所述導電溝道、源區、漏區均采用本征半導體黑磷；源區和漏區分別位于導電溝道兩端，且源區和漏區為重摻雜區域，導電溝道不摻雜；柵極氧化層位于導電溝道、源區、漏區外，柵極氧化層包括高介電常數柵極氧化層和低介電常數柵極氧化層；高介電常數柵極氧化層位于源區及導電溝道靠近源區的部分外；低介電常數柵極氧化層位于漏區及導電溝道靠近漏區的部分外；柵極為位于柵極氧化層外的金屬電極；位于源區和漏區外的柵極氧化層上分別刻蝕有源極引線孔和漏極引線孔，源極為位于源極引線孔處的金屬電極，漏極為位于漏極引線孔處的金屬電極。

進一步的，高介電常數柵極氧化層和低介電常數柵極氧化層的橫向長度相等；高介電常數柵極氧化層和低介電常數柵極氧化層覆蓋的導電溝道的部分大小相同。

進一步的，所述柵極同時與高介電常數柵極氧化層和低介電常數柵極氧化層相接觸。

進一步的，所述源區和漏區同為N型重摻雜區域或同為P型重摻雜區域。

進一步的，高介電常數柵極氧化層的介電常數大于3.9，低介電常數柵極氧化層的介電常數小于3.9。

進一步的，高介電常數柵極氧化層采用HfO₂；低介電常數柵極氧化層采用SiO₂。