[發明專利]一種納米空氣溝道晶體管

在審

• 申請號: 202110571179.6
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113345781A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 王躍林;劉夢;史東方;李鐵;梁淞泰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01J29/04
• 分類號: H01J29/04;H01J29/02;H01J29/52;H01J29/82
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

為了解決現有技術中豎直型納米空氣溝道晶體管的柵極電壓高的技術問題，本發明提出了一種納米空氣溝道晶體管，晶體管包括：陽極，陽極設有陽極支點；柵極，柵極的第一側與陽極支點連接，柵極的第二側設有柵極支點；陰極，陰極與柵極支點連接，陰極的靠近柵極的一側設有第一凸起。當本發明中的器件工作時，可在陰極上施加負偏壓，在柵極和陽極上施加正偏壓。當電壓達到一定程度的大小時，陰極表面上發射出的電子通過柵極中的網孔到達陽極，產生電流。通過調節柵極電壓和陽極電壓可以改變電流的大小。由于柵極距離陰極距離更近，柵極電壓對電流大小的影響要遠大于陽極電壓對電流大小的影響。陰極表面的第一凸起可以促進電子發射，降低工作電壓。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種納米空氣溝道晶體管。

背景技術

納米空氣溝道晶體管基于電子的場發射與彈道運輸機制，具有太赫茲頻率響應、耐高低溫、抗輻射等特點。目前主要有平面型、豎直型兩種器件結構，相比之下，豎直型通過薄膜厚度定義空氣溝道長度，具有精度高、集成電路工藝兼容度高等特點。

但是現有的豎直型納米空氣溝道晶體管一般通過側壁上的柵極調控電子發射，調控效率較低，為有效調控發射電子，通常需要很高的柵極電壓。另外，現有的豎直型納米空氣溝道晶體管一般通過陰極與側壁交界處產生邊緣發射，陰極表面大量面積不參與電子發射，使器件有效發射面積較小，不利于形成大的發射電流。以上問題阻礙了納米空氣溝道晶體管性能的提升，特別是在低功耗領域的應用。

因此，有必要提供一種方案，解決現有技術中豎直型納米空氣溝道晶體管的柵極電壓較高、發射電流較小的技術問題。

發明內容

為了解決現有技術中豎直型納米空氣溝道晶體管的柵極電壓較高、發射電流較小的技術問題，本發明提出了一種納米空氣溝道晶體管，本發明具體是以如下技術方案實現的。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管包括：

陽極，所述陽極設有陽極支點；

柵極，所述柵極的第一側與所述陽極支點連接，所述柵極的第二側設有柵極支點；

陰極，所述陰極與所述柵極支點連接，所述陰極的靠近所述柵極的一側設有第一凸起。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管的進一步改進在于，所述第一凸起的形狀為棒狀、錐狀或金字塔狀。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管的進一步改進在于，所述第一凸起通過以下任一方式形成：等離子體刻蝕方式、濕法腐蝕方式、聚焦離子束刻蝕方式。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管的進一步改進在于，所述柵極設有網孔。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管的更進一步改進在于，所述柵極的厚度范圍小于50nm，所述網孔的半徑范圍為5nm～500nm。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管的更進一步改進在于，還包括第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層，所述第一絕緣層設于所述柵極的第一側與所述陽極支點之間，所述第二絕緣層設于所述柵極的第二側與所述柵極支點之間，所述第三絕緣層設于所述網孔的孔壁。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管的更進一步改進在于，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層均設有與所述網孔相匹配的通孔，所述第三絕緣層設于所述通孔的孔壁。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管的更進一步改進在于，所述第一絕緣層、所述第二絕緣層和所述第三絕緣層的厚度范圍均為2nm～10nm。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管的進一步改進在于，所述陽極的靠近所述柵極的一側設有第二凸起。

本發明提供的納米空氣溝道晶體管的進一步改進在于，所述陽極和所述陰極之間的距離小于150nm。