[發明專利]一種性能可調的晶體管

有效

• 申請號: 201911050394.0
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN111029409B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 康曉旭
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/10;H01L29/06
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;馬盼

本發明公開了一種性能可調的晶體管，包括源極、漏極和柵區，所述柵區自下而上包括背電極、柵極介質層、溝道層、鐵電材料層和上電極，其中，所述溝道層的左右兩側分別連接至源極和漏極，所述上電極與源極通過隔離介質層隔離，所述上電極與漏極通過隔離介質層隔離；所述上電極中包括M個隔離層，所述隔離層將所述上電極劃分為M+1個區域；通過在上電極不同區域施加不同電壓，使得對應于鐵電材料層不同區域的溝道層具有不同帶隙。本發明提供的一種性能可調的晶體管，通過分段極化控制，對溝道層中不同區域分別進行帶隙調整，使得不同區域的溝道層具有不同帶隙，從而實現整個晶體管的多重可控狀態。

技術領域

本發明涉及晶體管領域，具體涉及一種性能可調的晶體管。

背景技術

薄膜晶體管目前已經可以應用于很多領域，能夠滿足很多用途，從小尺寸的柔性低成本顯示，到大尺寸、高分辨率、高速顯示領域，都離不開薄膜晶體管。薄膜晶體管依賴于半導體溝道層對電流的控制，半導體溝道層位于源極和漏極之間，柵極介質層介于半導體層和柵極之間，通過柵極介質層和半導體溝道層界面附近載流子的電容式注入控制輸出電流，即所謂的場效應。

石墨烯等二維材料是本世紀以來最為知名的一種二維材料，其優異的電學、光學、機械等方面的特性，得到了相關領域廣泛的關注，尤其是其優異的電學特性，被視為是后摩爾時代半導體集成電路取代硅材料的最具吸引力的一種二維材料。然而，石墨烯沒有帶隙，是一種導體，因此在半導體集成電路中的應用受限。若能對石墨烯進行相應的帶隙調節，將其應用在晶體管中，可滿足高集成度下溝道層厚度減小的要求，且能形成性能可控的晶體管。

發明內容

本發明的目的是提供一種性能可調的晶體管，通過分段極化控制，對溝道層中不同區域分別進行帶隙調整，使得不同區域的溝道層具有不同帶隙，從而實現整個晶體管的多重可控狀態。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種性能可調的晶體管，包括源極、漏極和柵區，所述柵區自下而上包括背電極、柵極介質層、溝道層、鐵電材料層和上電極，其中，所述溝道層連接至源極和漏極，所述上電極與源極和漏極分別通過隔離介質層隔離；所述上電極中包括M個隔離層，所述隔離層將所述上電極劃分為M+1個區域；M為大于0的正整數；

通過在上電極不同區域施加不同電壓，使得對應于上電極不同區域的鐵電材料層具有不同剩余極化強度，進而使得對應于鐵電材料層不同區域的溝道層具有不同帶隙，從而形成性能可調的晶體管。

進一步地，所述柵極介質層覆蓋在所述背電極的上表面和側壁，所述溝道層覆蓋在所述柵極介質層的上表面和側壁，所述溝道層沿著柵極介質層的側壁底部向外延伸，直至連接所述源極和漏極。

進一步地，所述鐵電材料層覆蓋在所述溝道層的上表面和側壁，所述上電極覆蓋在所述鐵電材料層的上表面和側壁。

進一步地，所述溝道層為二維材料。

進一步地，所述溝道層包括石墨烯層或者二硫化鉬或者硅薄膜。

進一步地，所述鐵電材料層包括氧化鉿、PZT鐵電材料、BST鐵電材料中的一種或多種。

進一步地，所述隔離層貫穿所述上電極。

進一步地，所述隔離層貫穿所述上電極和鐵電材料層。

進一步地，所述源極和漏極短接，且所述源極、漏極和溝道層共同形成極化下電極，通過在上電極不同區域施加不同電壓，使得對應于上電極不同區域的鐵電材料層具有不同剩余極化強度。

進一步地，所述背電極作為極化下電極，通過在上電極不同區域施加不同電壓，使得對應于上電極不同區域的鐵電材料層具有不同剩余極化強度。