[发明专利]或门逻辑电路及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及化合物半导体材料和器件领域，尤其是涉及一种基于背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的直接耦合场效应逻辑(Direct-coupled FET Logic，简称DCFL)的或门逻辑电路及其形成方法。

背景技术

ZnO是一种II-VI族直接带隙的新型多功能化合物半导体材料，被称为第三代宽禁带半导体材料。ZnO晶体为纤锌矿结构，禁带宽度约为3.37eV，激子束缚能约为60meV。ZnO具备半导体、光电、压电、热电、气敏和透明导电等特性，在传感、声、光、电等诸多领域有着广阔的潜在应用价值。

近年来，对ZnO材料和器件的研究受到广泛关注。研究范围涵盖了ZnO体单晶、薄膜、量子线、量子点等材料的生长和特性以及ZnO传感器、透明电极、压敏电阻、太阳能电池窗口、表面声波器件、探测器及发光二极管(Light-emitting Diodes，缩写LED)等器件的制备和研究方面。目前，已形成多种方法用于ZnO材料的生长，并且研制出若干种类的ZnO器件及传感器，但是P型ZnO材料的生长，ZnO纳米器件的制备及应用等问题依然需要深入和系统的研究。

ZnO是目前拥有纳米结构和特性最为丰富的材料，已实现的纳米结构包括纳米线、纳米带、纳米环、纳米梳、纳米管等等。其中，一维纳米线由于材料的细微化，比表面积增加，具有常规体材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，晶体质量更好，载流子的运输性能更为优越。一维纳米线不仅可以实现基本的纳米尺度元器件(如激光器、传感器、场效应晶体管、发光二极管、逻辑线路、自旋电子器件以及量子计算机等)，而且还能用来连接各种纳米器件，可望在单一纳米线上实现具有复杂功能的电子、光子及自旋信息处理器件。

ZnO纳米线场效应晶体管(Nanowire Field-Effect Transistor，缩写NWFET)已成为国际研究的热点之一。ZnO一维纳米线作为沟道，与栅氧和栅金属可以形成金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，缩写MOSFET)。由于ZnO纳米线的电学性能随周围气氛中组成气体的改变而变化，比如未掺杂的ZnO对还原性、氧化性气体具有优越的敏感性，因此能够对相应气体进行检测和定量测试。这使得ZnO一维纳米线场效应晶体管可以用于气体、湿度和化学传感器、光电和紫外探测器、存储器(Memory)等应用领域。尤其是能够对有毒气体(如CO、NH3等)进行探测，通过场效应晶体管的跨导变化，即可检测出气体的组成及浓度。与常规SnO₂气体传感器相比，基于ZnO纳米线场效应晶体管的气体传感器具有尺寸小，成本低，可重复利用等优点。

综上所述，ZnO纳米线场效应晶体管的研制在纳米电子学和新型纳米传感器方面具有重要的研究和应用价值，将会对国民经济的发展起到重要的推动作用。

基于纳米材料和器件的逻辑单元电路有利于开拓纳米器件和电路及其应用的研究。但是由于本征ZnO为N型半导体，且制作的ZnO NW FET多为耗尽型器件，制约了利用ZnO纳米线材料实现基于增强/耗尽型FET的逻辑电路应用。

发明内容

为了克服ZnO纳米线材料在实现基于增强/耗尽型FET的逻辑电路应用方面的局限性，本发明提供了一种基于背栅ZnO纳米线场效应晶体管的直接耦合场效应逻辑的或门逻辑电路及其形成方法。

一种或门逻辑电路，其中包括：第一输入端，用于接收第一输入电压信号；第二输入端，用于接收第二输入电压信号；第一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其栅电极耦接至所述第一输入端；第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其栅电极耦接至所述第二输入端；第一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的漏电极与第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的漏电极耦接至电压源；第一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的源电极与第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的源电极耦接于一点，该点通过一电阻耦接至接地点，同时以该点作为输出端，用于输出电压信号。