[发明专利]金属基极纳米线晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体管，该晶体管具有由金属制成的基极电极、以及由半导体纳米线形成的发射极或集电极。

背景技术

几十年前，金属基极晶体管(MBT)已经作为高速器件被提出。希望MBT能够实现比双极结晶体管更高的性能。通过使用硅(Si)作为发射极，金(Au)作为基极，以及锗(Ge)作为集电极来获得MBT的最佳性能。然而，MBT概念理论上的优点并不能在商业化的器件中实现，这主要是因为制造这样的器件存在困难。具体地讲，难以在基于金属的层上获得单晶体半导体层。因此，一方面，直到现在MBT仍然不能替代双极结晶体管来作为高速器件。另一方面，由于晶体管结构在纵向上规模下降，使得近年来双极晶体管在性能方面有极大进展。即，近年来形成纵向晶体管结构的半导体层的厚度被做得越来越薄。这样的结果可以被解释为如下：由于电荷载体的传输速度受限，导致存在与在形成晶体管的多个层上的信号传输相关的固有的延迟时间或传输时间。通过降低这些层的厚度，传输时间也会降低。当今，双极器件受到发射极-基极结的电荷存储的限制。相关的电容连同微分输入电阻导致的延迟占现代双极晶体管的全部延迟的50％以上。尽管已经有了进步，但是仍然需要更快的晶体管。

发明内容

因此，本发明提出了一种金属基极晶体管，这是因为它在基极的耗尽层中存储了很少的电荷。而且，取决于用于制作MBT的专门加工技术，其可降低对耗尽层中的缺陷的灵敏度。

具体地讲，本发明提出了一种晶体管，该晶体管包括第一和第二电极、以及控制第一和第二电极之间的电流的基极电极。第一电极由半导体材料制成。基极电极是沉积在形成第一电极的半导体材料上的金属层。根据本发明，第二电极由与基极电极接触的半导体纳米线形成。

纳米线是具有纳米(nm)级直径的结构，而在纵向其可具有微米(μm)级长度。由于其在横向上尺寸较小，量子力学效应会起很大作用。因此，纳米线有时也被称作“量子线”。

在本发明的一个实施例中，基极由过渡金属硅化物制成。更具体地讲，可从钴和镍组成的组中选择过渡金属。有利的是，纳米线随后可在基极电极上生长。

在本发明的一个实施例中，纳米线由硅和/或锗制成。在此情况下，纳米线可由半导体异质结构组成。

对于一些应用而言，纳米线异质结构的成分在纳米线的径向上改变是有用的。

对于其它应用而言，纳米线异质结构的成分在纳米线的轴线方向上改变是有用的。

附图说明

通过阅读以下有关附图的描述，本发明将会变得更好理解，并且其它特征和优点将变得更清楚。

图1是根据本发明的金属基极晶体管的示意图；

图2是图1所示的晶体管的能带示意图；以及

图3a至3e显示了制造步骤的顺序以制造图1所示的金属基极晶体管。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的金属基极晶体管的实施例的示意图。注意，图1的尺寸不是按比例的，而且仅仅是以说明性的目的给出的。以下将首先描述该晶体管的结构。其后再描述制造晶体管的一种可能的方法。

在图1中，晶体管作为一个整体由标号1表示。晶体管1布置在形成衬底2的高n掺杂硅晶片之上。尽管掺杂级的精确值取决于所选的材料以及它们的相关能带结构(band alignments)，但是，在本实施例中，掺杂级约为10^-19cm^-3水平。在衬底2上布置薄单晶体金属层3。该金属层3是类似于CoSi₂或NiSi₂的金属硅化物，并且具有nm级的厚度。由通过浅沟渠绝缘方式制成的绝缘区域4横向构成晶体管1。金属层3的顶部与直接生长在金属层3之上的纳米线6接触。通常，该纳米线的直径小于100nm，并且不长于500nm。该纳米线由类似于硅(Si)的单一半导体制成，或者由类似于硅和锗(Si，Ge)的不同的半导体材料制成。类似于衬底2，纳米线6是高n掺杂的。电介质隔离层7沉积在上述器件之上，起到保护的作用。最后，在电介质隔离层7中的窗口中提供欧姆接触，以形成与纳米线6接触的发射极触点8、与金属层3接触的基极触点9、和与衬底2接触的集电极触点10。

由于衬底2和纳米线6都是高n掺杂半导体材料，所以它们在晶体管1中的作用是可以互换的。即，在本发明的另一实施例中，纳米线6是晶体管的集电极，衬底2是晶体管的发射极。