本公開提供了以碳納米管為溝道的MOS變?nèi)莨埽ǎ篗OS結(jié)構(gòu)，MOS結(jié)構(gòu)包括柵電極和柵介質(zhì)；以及半導(dǎo)體性的碳納米管薄膜，半導(dǎo)體性的碳納米管薄膜作為MOS結(jié)構(gòu)的溝道材料；其中，通過調(diào)整施加在MOS結(jié)構(gòu)的柵電極上的電壓對碳納米管薄膜的碳納米管電容進(jìn)行調(diào)制以實現(xiàn)對MOS變?nèi)莨艿目傠娙莸恼{(diào)制。本公開還提供了MOS變?nèi)莨艿闹苽浞椒凹呻娐贰?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及變?nèi)莨芗夹g(shù)領(lǐng)域，本公開尤其涉及一種以碳納米管為溝道的MOS變?nèi)莨堋OS變?nèi)莨艿闹苽浞椒凹呻娐贰?/p>

背景技術(shù)

變?nèi)莨?Varactor)又叫可變電容器，是模擬集成電路或射頻集成電路中常用的一種可調(diào)無源元件。變?nèi)莨茉诓煌碾妷嚎刂葡拢梢员憩F(xiàn)出不同的電容值，從而滿足各種電路的參數(shù)調(diào)節(jié)需要，比如壓控振蕩器電路、高頻濾波器電路等。

變?nèi)莨芡ǔＳ袃煞N，即利用PN結(jié)(PN junction)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的變?nèi)荻O管和利用金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的MOS變?nèi)莨?MOS Varactor)。相比于變?nèi)荻O管，MOS變?nèi)莨苣芘cMOS制造工藝兼容，即使用和金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)完全相同的工藝流程而無需額外工藝步驟，從而更適合于電路集成。

MOS變?nèi)莨艿男阅苤饕呻娙菡{(diào)節(jié)范圍即變?nèi)荼?C-ratio)和品質(zhì)因數(shù)(Q值)描述，有時還需要考慮工作電壓范圍。

MOS變?nèi)莨艿淖內(nèi)荼戎饕蓶沤橘|(zhì)電容、半導(dǎo)體電容和寄生電容決定，通常其最大電容值近似為柵介質(zhì)電容,最小電容值近似為半導(dǎo)體層的耗盡層電容、耗盡區(qū)的量子電容和寄生電容的并聯(lián)總和。

MOS變?nèi)莨艿钠焚|(zhì)因數(shù)主要由溝道材料的遷移率和接觸電阻決定，遷移率越高、接觸電阻越小，電阻損耗就越小、品質(zhì)因數(shù)就越大、工作頻率上限也越高。

因此，為了提高M(jìn)OS變?nèi)莨艿淖內(nèi)荼龋枰M可能減小耗盡區(qū)的半導(dǎo)體電容，增大柵介質(zhì)電容；為了提高M(jìn)OS變?nèi)莨艿腝值，需要盡可能提高溝道的遷移率、降低溝道的接觸電阻。

具有高變?nèi)荼鹊腗OS變?nèi)莨苁且恍└邘捝漕l電路的關(guān)鍵元件，如可重構(gòu)射頻發(fā)射或接收前端。然而目前硅基MOS變?nèi)莨艿淖內(nèi)荼戎饕芎谋M層電容限制，通常小于2。通過將硅溝道厚度減薄，在SOI結(jié)構(gòu)中可將變?nèi)荼忍岣叩?左右。然而硅溝道厚度的縮減會導(dǎo)致其遷移率下降，從而降低硅基MOS變?nèi)莨艿腝值。現(xiàn)有的三維半導(dǎo)體材料都有類似的問題，其厚度較大時會導(dǎo)致耗盡層電容較大，其厚度較小時會導(dǎo)致遷移率退化。這主要是因為三維半導(dǎo)體材料的晶格結(jié)構(gòu)具有三維周期性，當(dāng)厚度減薄到納米尺度時各種界面散射機(jī)制會導(dǎo)致遷移率迅速下降，因此其最小電容和遷移率不能兼顧。因此在保證Q值和工作頻率滿足要求的前提下，現(xiàn)有商用MOS變?nèi)莨艿淖內(nèi)荼炔桓哂?，從而難以滿足高帶寬射頻電路的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題中的至少一個，本公開提供一種以碳納米管為溝道的MOS變?nèi)莨堋OS變?nèi)莨艿闹苽浞椒凹呻娐贰?/p>

根據(jù)本公開的一個方面，提供一種以碳納米管為溝道的MOS變?nèi)莨埽ǎ?/p>

MOS結(jié)構(gòu)，所述MOS結(jié)構(gòu)包括柵電極和柵介質(zhì)；

半導(dǎo)體性的碳納米管薄膜，所述半導(dǎo)體性的碳納米管薄膜作為所述MOS結(jié)構(gòu)的溝道材料；

其中，通過調(diào)整施加在所述MOS結(jié)構(gòu)的所述柵電極上的電壓對所述碳納米管薄膜的碳納米管電容進(jìn)行調(diào)制以實現(xiàn)對所述MOS變?nèi)莨艿目傠娙莸恼{(diào)制。

根據(jù)本公開的至少一個實施方式的以碳納米管為溝道的MOS變?nèi)莨埽ㄟ^在所述MOS結(jié)構(gòu)的柵電極上施加正電壓或者負(fù)電壓將所述碳納米管薄膜的碳納米管電容調(diào)制至目標(biāo)高值，通過在所述MOS結(jié)構(gòu)的柵電極上施加零電壓將所述碳納米管薄膜的碳納米管電容調(diào)制至零值或接近零值。

根據(jù)本公開的至少一個實施方式的以碳納米管為溝道的MOS變?nèi)莨埽ㄟ^改變所述碳納米管薄膜的碳納米管密度調(diào)整所述MOS變?nèi)莨艿墓ぷ麟妷悍秶?/p>