[發(fā)明專利]真空場效應(yīng)晶體管

無效

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• 申請日: 1999-03-25
• 公開（公告）號: CN1294760A
• 公開（公告）日: 2001-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹圭亨;柳之烈;黃明運;趙敏衡;禹永振;金榮基
• 申請（專利權(quán)）人: 韓國科學(xué)技術(shù)院
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳瑞豐

本發(fā)明涉及平面型／縱向型真空隧道晶體管。具體地說，本發(fā)明涉及平面型／縱向型真空隧道晶體管，它采用MOSFET的平面或縱向型結(jié)構(gòu)，用以提高集成度，并能在較低工作電壓下高速運行。

普通半導(dǎo)體器件中，電流在半導(dǎo)體內(nèi)傳導(dǎo)，致使電子的移動速度受到晶格或其中雜質(zhì)的影響。近來，已經(jīng)研制出的半導(dǎo)體器件包括微針型真空晶體管。這種晶體管內(nèi)，電子在真空中移動，因而速度不受限制。于是，這種晶體管可按極高的速度運行。不過，它們的缺點在于難于大規(guī)模集成化，并需要較高的工作電壓。

為了更好地了解本發(fā)明的背景技術(shù)，將參照附圖給出常規(guī)技術(shù)的描述。

參照圖1，給出一種MOSFET(n溝道)的基本結(jié)構(gòu)。在較高工作頻率(ft)下，通常范圍是20-30GHz，這種結(jié)構(gòu)的Si?FET表示一種疊片，只用于幾GHz的控制電壓振蕩器(VCO)，而不能用于幾十GHz的超高頻振蕩器。對于SOI和GaAs?FET而言，可將它們用于較高的頻率，但其缺點仍在于它們難于制作，而且昂貴。

詳細(xì)而言，在圖1所示的MOSFET中，當(dāng)給柵極G和漏極D加以電壓，并以源極S接地時，在主體B的柵極G下面形成空間電荷區(qū)。如果電壓超過閾值電壓，則在柵極G的下方形成溝道p。這種情況下的MOSFET被說成是導(dǎo)電的。對于n溝道的MOS而言，電子沿著所示溝道從源極S移到漏極D。這種器件的運行速度與認(rèn)為電子從源極S移到漏極D的時間成反比。于是，溝道越短，電子移動得越快。在漏極接地時電流增益為1條件下的頻率ft表示器件速度，它接近正比于電子遷移率(μ)，并與溝道長度的平方成反比。

要對確定器件速度的各因子之間的遷移率(μ)給予注意。所述遷移率與溝道的材料有關(guān)。例如，只要加給的電場低于5×10⁴([V／cm])，GaAs中的遷移率是Gi中的5倍那樣快。所以，GaAs被用于制作高速度的晶體管。不過，尤其是若去掉溝道區(qū)的晶格結(jié)構(gòu)，也就是如果溝道處于真空中，則所述遷移率不起限定因子的作用，而隨便多大。因此，就要求電場越強，可使具有真空溝道區(qū)的器件的運行速度越塊。

參照圖2，有一種帶微針的普通真空晶體管，它改進(jìn)了場致發(fā)射顯示(FED)結(jié)構(gòu)。采用接近1THz的頻率(ft)，這種真空晶體管可被用于普通FET所不能用的超高頻器件。

有如從該圖所看到的，在從幾十伏至100伏范圍或者更高的較高加速電位影響下，電子從呈尖銳的點形陰極發(fā)射極被發(fā)射，并被位于公用陽極上方的熒光屏所收集。朝向陽極移動的電子數(shù)受加給柵極的幾十伏的電壓控制。為控制及發(fā)射電子為什么需要如此高的電壓的理由是，所述的針離開柵極有較長的距離。與較高的陽極-柵極電壓一起，制造這種微針的困難限制了這些真空晶體管結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用中，如軍事應(yīng)用。

因此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中遇到的上述問題，提供一種新穎的、具有很高集成度的平面型／縱向型真空溝道晶體管。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種新穎的平面型／縱向型真空溝道晶體管，可在非常低的電壓下高速運行。

本發(fā)明采用MOS晶體管型平面或縱向型結(jié)構(gòu)，代替普通的微針結(jié)構(gòu)，以提高所述的集成度，并用低功函數(shù)材料，以減小在低壓下的溝道效應(yīng)。另外。本發(fā)明按電子遷移一段真空的自由空間，從而實現(xiàn)器件高速運行的方式被構(gòu)成。在常規(guī)器件中，比如Si和GaAs器件中，電子穿過由Si或GaAs原子構(gòu)成的晶格。于是，電子與所述原子或添加的雜質(zhì)碰撞，使它們不能自由移動，而表現(xiàn)出受到限制的遷移率。

本發(fā)明人重復(fù)的有關(guān)真空晶體管的充分而徹底的研究，開發(fā)出一種符合上述條件的新穎的平面型／縱向真空隧道晶體管，并命名為“真空場效應(yīng)晶體管”(以下簡稱“VFT”)。

按照本發(fā)明的一個方面，給出一種平面型真空場效應(yīng)晶體管，它包括：由導(dǎo)體制成的源極和漏極，它們分開一段預(yù)定的距離而保持于一個薄的溝道絕緣體上，其間有真空溝道；由導(dǎo)體制成的柵極，它有一定寬度，形成于所述源極和漏極的下面，所述溝道絕緣體的作用在于使柵極、源極和漏極絕緣；還包括一絕緣主體，用作支撐溝道絕緣體和柵極的基片，其中在柵極與源極和漏極之間加給適當(dāng)?shù)钠珘海允闺娮幽軌驈脑礃O經(jīng)所述真空溝道被場致發(fā)射到漏極。

最好使平面型真空場效應(yīng)晶體管在源極與真空溝道之間以及漏極與真空溝道之間的接觸區(qū)域包含低功函數(shù)材料。

一種較好的VFT結(jié)構(gòu)是，其中每個VFT器件都被安裝在由多個間隔的壁構(gòu)成的溝道中，為的是使按溝道效應(yīng)從源極發(fā)射的電子不會通過所述真空自由空間而移向鄰近的漏極。