[發(fā)明專(zhuān)利]摻雜離子的薄膜晶體管及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110699209.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113517351A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹一心;趙春;趙策洲;劉伊娜;楊莉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西交利物浦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/786
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/786;H01L29/51;H01L21/34
• 代理公司: 蘇州謹(jǐn)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發(fā)明涉及一種摻雜離子的薄膜晶體管，其包括襯底、設(shè)置在襯底一表面上的柵電極、設(shè)置在襯底另一表面上的絕緣層、設(shè)置在絕緣層表面上的金屬氧化物半導(dǎo)體層、以及設(shè)置在金屬氧化物半導(dǎo)體層表面上的源電極和漏電極，絕緣層為摻雜離子的高介電常數(shù)材料絕緣層，離子帶來(lái)了豐富的電荷，從而使得器件更容易形成雙電層和發(fā)生離子摻雜，從而增大金屬氧化物半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率，使其適合模擬生物突觸的長(zhǎng)時(shí)間記憶特性；且使得薄膜晶體管器件有著更大的弛豫時(shí)間，傳統(tǒng)的薄膜晶體管的弛豫時(shí)間大約為數(shù)十毫秒，而摻雜了離子的薄膜晶體管的弛豫時(shí)間為二百至三百毫秒，與生物突觸在一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此更適合模擬生物突觸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種摻雜離子的薄膜晶體管及其制備方法，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

人工突觸電子器件是神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)的重要組成部分，它可以超越馮?諾伊曼結(jié)構(gòu)的限制。雖然現(xiàn)階段已經(jīng)提出了許多雙端記憶器件用于模擬生物突觸，但它們存在著一些難以解決的問(wèn)題，包括非線性開(kāi)關(guān)、器件高電導(dǎo)和寫(xiě)入噪聲，所有這些都降低了精度和能效，使得兩端記憶器件被限制在了較小的體積上。近日有人報(bào)導(dǎo)了使用三端晶體管作為模擬生物突觸的器件，由于三端晶體管的通道電導(dǎo)可以通過(guò)施加正壓和負(fù)壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且不需要額外的一個(gè)脈沖來(lái)激活器件，可以十分容易的控制器件的開(kāi)啟與關(guān)閉，因此被認(rèn)為更適合模擬生物突觸。然而，很少有人專(zhuān)門(mén)研究如何使三端人工突觸薄膜晶體管能夠更真實(shí)的模擬生物突觸，尤其是生物突觸的長(zhǎng)時(shí)間記憶特性，使其擁有更為優(yōu)秀的突觸特性，為之后更為精確的模擬突觸特性打下了良好的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種摻雜離子的薄膜晶體管，摻雜離子的高介電常數(shù)材料作為絕緣層，使得器件適合模擬生物突觸的長(zhǎng)時(shí)間記憶特性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種摻雜離子的薄膜晶體管，包括襯底、設(shè)置在所述襯底一表面上的柵電極、設(shè)置在所述襯底另一表面上的絕緣層、設(shè)置在所述絕緣層表面上的金屬氧化物半導(dǎo)體層、以及設(shè)置在所述金屬氧化物半導(dǎo)體層表面上的源電極和漏電極，所述絕緣層為摻雜離子的高介電常數(shù)材料絕緣層。

進(jìn)一步地，所述離子為鈉離子或鋰離子。

進(jìn)一步地，所述高介電常數(shù)材料為氧化鋁、氧化鎵、氧化釔、氧化釹、氧化鑭、氧化鈧、氧化鋯中的一種或多種。

進(jìn)一步地，所述金屬氧化物半導(dǎo)體層的材料為氧化銦、氧化鋅、氧化錫、鋅錫氧、銦鎵鋅氧和銦鋅氧中的一種或多種。

本發(fā)明還提供一種摻雜離子的薄膜晶體管的制備方法，用以制備如上所述的摻雜離子的薄膜晶體管，所述制備方法包括：

S1、提供襯底，對(duì)所述襯底進(jìn)行清洗；

S2、在所述襯底的一表面上制備柵電極；

S3、對(duì)所述襯底遠(yuǎn)離所述柵電極的表面進(jìn)行親水處理；

S4、利用水溶液法，在所述襯底遠(yuǎn)離所述柵電極的表面制備摻雜離子的高介電常數(shù)材料絕緣層；

S5、在所述摻雜離子的高介電常數(shù)材料絕緣層上制備金屬氧化物半導(dǎo)體層；

S6、在所述金屬氧化物半導(dǎo)體層上制備源電極和漏電極，得到摻雜離子的薄膜晶體管。

進(jìn)一步地，所述摻雜離子的高介電常數(shù)材料絕緣層的具體制備步驟為：

a1、制備高介電常數(shù)材料前驅(qū)體溶液，并將具有離子的金屬鹽加入到高介電常數(shù)材料前驅(qū)體溶液混合得到混合液，其中，所述金屬鹽和所述高介電常數(shù)材料前驅(qū)體的摩爾濃度比為0.01~10：1；

a2、形成摻雜離子的高介電常數(shù)材料絕緣層：將所述混合液滴于所述襯底遠(yuǎn)離所述柵電極的表面上；以1000-6000 rpm的速度在空氣中旋涂，在80-300 ℃的溫度下預(yù)退火10-60min；再在200-300℃的空氣中后退火或在室溫-250℃的溫度下深紫外光或紫外臭氧處理1-60min。