[發明專利]一種基于固態離子導體的場效應器件

有效

• 申請號: 202010015202.9
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111211164B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 周璋;鮑麗宏;高鴻鈞
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51
• 代理公司: 北京市正見永申律師事務所 11497
• 代理人: 黃小臨;馮玉清

公開了一種基于固態離子導體的場效應器件。根據一實施例，基于固態離子導體的場效應器件包括：目標材料、源/漏電極、固態離子導體、柵壓電極；其中，所述目標材料形成于所述固態離子導體之上，所述源/漏電極位于所述目標材料的兩側，所述柵壓電極位于所述固態離子導體表面。本申請實施例的場效應器件，相較于傳統的利用氧化物介電層的場效應器件對載流子濃度調控能力有較大的提升，場效應調控能力上限更高。

技術領域

本申請總體上涉及電子元器件或者微電子技術領域，更具體地，涉及一種基于固態離子導體的場效應器件。

背景技術

場效應是一種利用電場調節材料界面的載流子濃度從而實現對電導率的調制，目前最常見的應用是半導體場效應晶體管，利用柵壓可以調控半導體的電導率在多個量級的變化，實現電學上的開關狀態。常用的柵極材料為氧化物如SiO₂、HfO₂，其調控能力主要由柵極材料的介電常數k衡量。場效應器件原理上與電容器類似，絕緣層越薄，對載流子的調控能力就越強。然而絕緣層太薄(大約10nm)容易漏電，施加的調控電壓也容易超過柵極擊穿電壓。總得來使用較高介電常數的材料，最佳厚度約為100nm，對載流子調控能力的上限大約為1e13 cm^-2。這就使得適用范圍限于較低載流子濃度的半導體材料，對于高濃度載流子的金屬型材料調制能力很弱(大約0.1％)。

發明內容

然而，本發明人在實驗中發現，目前常用的氧化物柵極材料電極化形成的電場效應調制能力存在局限，針對本領域的該技術問題和其他問題，提出了本發明。

根據一實施例，提供一種基于固態離子導體的場效應器件，包括：目標材料、源/漏電極、固態離子導體、柵壓電極；其中，所述目標材料形成于所述固態離子導體之上，所述源/漏電極位于所述目標材料的兩側，所述柵壓電極位于所述固態離子導體表面。

在一些示例中，所述目標材料為半導體材料薄膜、金屬性材料薄膜或者化合物金屬薄膜。

在一些示例中，所述目標材料的薄膜厚度為1nm～100nm。

在一些示例中，所述目標材料通過原位生長和/或沉積的方式形成于所述固態離子導體之上；或者，所述目標材料通過轉移的方法直接被放置在所述固態離子導體之上。

在一些示例中，所述固態離子導體的厚度為30nm～1mm。

在一些示例中，所述固態離子導體通過在在氧化物介電層中摻雜Li來形成。

在一些示例中，所述柵壓電極與所述目標材料在所述固態離子導體的相同表面或者相對表面。

在一些示例中，所述柵壓電極的柵壓范圍在-6V～+6V。

在一些示例中，上述場效應器件還包括：離子緩沖層薄膜，所述離子緩沖層薄膜位于所述目標材料與所述固態離子導體之間。

在一些示例中，所述離子緩沖層薄膜是SiO₂、MgO或者BN。

本申請實施例，用固態離子導體材料替代現有的介電材料，利用電壓調控固態離子導體中離子移動到在界面聚集，在界面處形成極大的電場調控其他材料的電學性質，相較于傳統的利用氧化物介電層的場效應器件調控能力有較大的提升，場效應調控能力上限更高。

本申請的上述和其他特征和優點將從下面對示例性實施例的描述而變得顯而易見。

附圖說明

通過結合附圖對本申請的示例性實施例進行更詳細的描述，本申請的上述以及其他目的、特征和優勢將變得更加明顯。附圖用來提供對本申請實施例的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本申請實施例一起用于解釋本申請，并不構成對本申請的限制。在附圖中，相同的參考標號通常代表相同部件或步驟。

圖1圖示了根據本申請一示例性實施例的場效應器件的結構示意圖。