[发明专利]抑制输出非线性开启的隧穿场效应晶体管及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于CMOS超大规模集成电路(ULSI)中场效应晶体管逻辑器件领域，具体涉及一种抑制输出非线性开启的隧穿场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

自集成电路诞生以来，微电子集成技术一直按照“摩尔定律”不断发展，半导体器件尺寸不断缩小。随着半导体器件进入深亚微米范围，传统MOSFET器件由于受到自身扩散漂流的导通机制所限，亚阈值斜率受到热电势kT/q的限制而无法随着器件尺寸的缩小而同步减小。这就导致MOSFET器件泄漏电流缩小无法达到器件尺寸缩小的要求，整个芯片的能耗不断上升，芯片功耗密度急剧增大，严重阻碍了芯片系统集成的发展。为了适应集成电路的发展趋势，新型超低功耗器件的开发和研究工作就显得特别重要。隧穿场效应晶体管(TFET，Tunneling Field-Effect Transistor)采用带带隧穿(BTBT)新导通机制，是一种非常有发展潜力的适于系统集成应用发展的新型低功耗器件。TFET通过栅电极控制源端与沟道交界面处隧穿结的隧穿宽度，使得源端价带电子隧穿到沟道导带(或沟道价带电子隧穿到源端导带)形成隧穿电流。这种新型导通机制突破传统MOSFET亚阈值斜率理论极限中热电势kT/q的限制，可以实现低于60mV/dec的超陡亚阈值斜率，降低器件静态漏泄电流进而降低器件静态功耗。

但是，由于半导体带带隧穿效率偏低，TFET的开态电流与传统MOSFET相比比较低，不能满足系统集成应用中的要求。因此，保持较陡直的亚阈值斜率的同时，提高TFET开态电流是TFET器件应用中需要解决的一个非常重要的问题。

另外，TFET输出特性与传统MOSFET完全不同，输出电流随漏端电压增大而增大，是通过漏端电压降在源端隧穿结处，有效地改变隧穿结隧穿宽度从而使输出隧穿电流增大实现的。由于输出隧穿电流值与隧穿宽度λ成e指数关系，漏端电压与输出隧穿电流呈现一种超e指数关系。因而TFET输出特性曲线前段是一种超e指数的非线性曲线，即输出特性的非线性开启现象，导致器件在电路应用中的输出电阻相当大。TFET的这种输出特性非常不利于器件的电路应用，因此改善TFET输出特性也是TFET电路应用中一个非常重要的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制输出非线性开启的隧穿场效应晶体管及制备方法。该隧穿场效应晶体管可以有效抑制器件输出特性中的非线性开启现象，同时显著提高隧穿场效应晶体管的开态电流，并保持了较陡直的亚阈值斜率。

本发明提供的技术方案如下：

一种抑制输出非线性开启的隧穿场效应晶体管，如图1所示，包括隧穿源区(6、7)，沟道区1，漏区8以及位于沟道上方的控制栅4，其特征是，所述的隧穿源区为III-V族化合物半导体混合晶体，并且该混合晶体的混晶比沿垂直器件表面方向连续变化，隧穿源区与沟道交界面处的异质隧穿结的能带结构沿垂直器件(器件指的是所述的隧穿场效应晶体管)表面方向是渐变的；在器件表面处为交错型异质结隧穿源区6，该处隧穿结为交错型异质结(Staggered-Gap)；在距器件表面一定距离(约5nm-50nm)处为错层型异质结隧穿源区7，该处隧穿结为错层型异质结(Broken-Gap)，这两个隧穿源区掺杂类型相同；对于N型器件来说，隧穿源区为P型重掺杂，漏区为N型重掺杂，沟道区为P型轻掺杂；而对于P型器件来说，隧穿源区为N型重掺杂，漏区为P型重掺杂，沟道区为N型轻掺杂。

所述的隧穿场效应晶体管，其特征是，对于N型器件来说，隧穿源区为P型重掺杂，其掺杂浓度约为1E18cm^-3-1E20cm^-3，漏区为N型重掺杂，其掺杂浓度约为1E18cm^-3-1E19cm^-3，沟道区为P型轻掺杂，其掺杂浓度约为E13cm^-3-1E15cm^-3；而对于P型器件来说，隧穿源区为N型重掺杂，其掺杂浓度约为1E18cm^-3-1E20cm^-3，漏区为P型重掺杂，其掺杂浓度约为1E18cm^-3-1E19cm^-3，沟道区为N型轻掺杂，其掺杂浓度约为1E13cm^-3-1E15cm^-3。