[發(fā)明專利]一種新型的柵極抽取和注入場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)

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• 申請日: 2019-04-10
• 公開（公告）號: CN109979995A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖永波;劉承鵬;李平;黃德;徐博洋
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/78
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種新型的柵極抽取和注入場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，在溝道半導(dǎo)體區(qū)上設(shè)置有頂柵介質(zhì)層，頂柵介質(zhì)層上設(shè)置有源極、漏極和頂柵極，溝道半導(dǎo)體區(qū)下設(shè)置有背柵介質(zhì)層，背柵介質(zhì)層下設(shè)置有背柵極，其特征在于，

所述頂柵介質(zhì)層和背柵介質(zhì)層均為電阻值為10³～10¹⁶Ω的半絕緣介質(zhì)材料；

所述溝道半導(dǎo)體區(qū)的材質(zhì)為二維半導(dǎo)體材料或厚度小于10個原子層厚度的準二維半導(dǎo)體材料。

2.如權(quán)利要求1所述的新型柵極抽取和注入場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述頂柵介質(zhì)層和背柵介質(zhì)層的材質(zhì)為下述薄膜材料之一，或者兩種，或者兩種以上的組合：

SIPOS、氧化鋁、非晶硅、多晶硅、非晶SiC、多晶SiC、非晶GaN、多晶GaN、非晶金剛石、多晶金剛石、非晶GaAs、多晶GaAs。

3.如權(quán)利要求1所述的新型柵極抽取和注入場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溝道半導(dǎo)體區(qū)的材質(zhì)為:

下述二維半導(dǎo)體材料之一：石墨烯、MoS₂、MoSe₂、WSe₂。

4.如權(quán)利要求1所述的新型柵極抽取和注入場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述準二維半導(dǎo)體材料為：

厚度小于10個原子層厚度的下述半導(dǎo)體之一：硅、砷化鎵、氮化鎵、SiC、金剛石。

5.如權(quán)利要求1所述的新型柵極抽取和注入場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溝道半導(dǎo)體區(qū)的材質(zhì)為本征半導(dǎo)體，所述源極和漏極為金屬電極。

6.如權(quán)利要求1所述的新型柵極抽取和注入場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溝道半導(dǎo)體區(qū)包括兩個第一導(dǎo)電類型區(qū)和一個第二導(dǎo)電類型區(qū)，一個第一導(dǎo)電類型區(qū)設(shè)置于源極和第二導(dǎo)電類型區(qū)之間，另一個第一導(dǎo)電類型區(qū)設(shè)置于漏極和第二導(dǎo)電類型區(qū)之間；

第一導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為N型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為P型半導(dǎo)體；

或者，第一導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為P型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為N型半導(dǎo)體；或者，第一導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為N型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為N型半導(dǎo)體；或者，第一導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為P型半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為P型半導(dǎo)體。

7.如權(quán)利要求1所述的新型柵極抽取和注入場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述溝道半導(dǎo)體區(qū)包括兩個第一導(dǎo)電類型區(qū)和一個第二導(dǎo)電類型區(qū)，一個第一導(dǎo)電類型區(qū)設(shè)置于源極和第二導(dǎo)電類型區(qū)之間，另一個第一導(dǎo)電類型區(qū)設(shè)置于漏極和第二導(dǎo)電類型區(qū)之間；

第一導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為重摻雜半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為輕摻雜半導(dǎo)體；或者，第一導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為重摻雜半導(dǎo)體，第二導(dǎo)電類型區(qū)的材質(zhì)為本征半導(dǎo)體。

8.如權(quán)利要求1所述的新型柵極抽取和注入場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，提供了一種新的半導(dǎo)體溝道區(qū)載流子數(shù)量的控制方法，其特征在于，包括下述步驟：

1)施加第一背柵電壓，完成對整個芯片上或同一基底上所有器件溝道半導(dǎo)體區(qū)載流子的抽取；

2)施加第二背柵電壓，完成對整個芯片上或同一基底上所有器件溝道半導(dǎo)體區(qū)載流子的再注入，通過控制電壓的幅度，控制注入載流子的數(shù)量，從而實現(xiàn)整體的超低功耗應(yīng)用；

3)或施加頂柵電壓，完成對個別器件溝道半導(dǎo)體區(qū)載流子的再注入，通過控制電壓的幅度，控制注入載流子的數(shù)量，從而實現(xiàn)個別器件的超低功耗應(yīng)用。