[实用新型]一种低压场效应晶体管

说明书

技术领域

本实用新型涉及微电子领域，具体涉及一种低压场效应晶体管。

背景技术

过去五十多年里，以集成电路为基础的信息技术突飞猛进，引发了人类生产和生活方式的巨大变革。但是随着半导体器件的尺寸逐渐走向量子极限，传统硅材料集成电路技术在未来二十年内可能走到尽头。因此寻找硅材料的替代品成为了全世界范围内的一个热门研究课题。近年来，以MoS₂为代表的二维层状半导体材料作为沟道材料的场效应晶体管正受到越来越多的关注和研究，被认为是非常具有潜力的后硅时代材料。MoS₂的宽带隙(块体为1.2eV，单层为1.8eV)为低静态功耗、高开关比提供了可能。其次MoS₂的二维平面性在与传统半导体工艺兼容的基础上，可以有效的抑制尺寸缩小引起的短沟道效应。

国际专利号：WO2012/093360A1，“Semiconductor device”(半导体器件)，该技术公开了以一种单层、双层MoS₂等二维半导体材料为沟道材料的场效应晶体管，该器件的电子迁移率达到200cm²V^-1，开关比达到10⁸，其缺点是栅极工作电压比较高(接近10V)，同时该器件只能实现n型导电。近来，一种以双电层材料为栅介质的MoS2场效应晶体管引起了广泛关注，这类器件的栅介质与沟道区的界面形成双电层电容，该电容的厚度理论上仅为1nm，产生的电容比较大，通常比常规栅介质材料高出数倍甚至数十倍。由于其电容值很大，这类器件的工作电压很低(1V-3V)，因此在低功耗、便携式电子产品领域具有很大的应用前景。例如：Yijin Zhang等研究人员在题为Ambipolar MoS₂Thin Flake Transistors(Nano letters 12,no.3(2012):1136-1140)的文献中提出了一种以少层MoS₂为沟道材料，离子液体为栅介质的双极型场效应晶体管，该器件的工作电压小于3V，且可以同时实现n型和p型导电。Jiang Pu等研究人员在题为Highly Flexible MoS₂Thin-Film transistor with Ion Gel Dielectrics.(Nano letters 12.8(2012):4013-4017)的文献中提出了一种以少层MoS₂为沟道材料，离子凝胶为栅介质的柔性场效应 晶体管，该器件的工作电压小于2V，开关比达到10⁵。上述文献中均采用离子液体或有机聚合物作为栅介质层，其缺点是不能与传统半导体工艺兼容，器件的稳定性差，同时器件的迁移率也比较低。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种与现有半导体工艺兼容的低压场效应晶体管，结构设计合理，器件的稳定性大大提高。

本实用新型通过以下技术方案实现，本实用新型所述低压场效应晶体管，包括栅区、源区、漏区、沟道区和衬底，所述栅区位于所述沟道区的下方，所述栅区包括栅介质和栅电极，所述栅电极位于所述栅介质之下，所述源区和所述漏区位于所述沟道区的两侧，所述源区、所述漏区和所述栅区设置在所述衬底之上，所述沟道区采用二维层状半导体材料制成。

优选地，所述二维层状半导体材料的层数为1层到10层。二维半导体材料的层数选为1-10层是因为层数太多，会造成静电屏蔽栅电极无法有效调控沟道区。

优选地，所述栅介质采用对电子绝缘、对离子导电且含有正、负两种离子的无机多孔材料制成。

本实用新型结构简单，设计合理，栅介质可以使栅极工作电压变低，同时沟道区采用单层二维半导体晶体，可以同时实现n型和p型导电。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型的低压场效应晶体管在具备传统双电层低电压、高载流子浓度优点的前提下，结合二维层状半导体薄层电荷屏蔽能力差的优点，区别于基于块体材料双电层晶体管，可以使得器件同时呈现n型导电和p型导电。同时本实用新型的栅介质材料采用无机材料，与传统半导体工艺兼容，同时器件的稳定性大大提高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型一较优实施例的场效应晶体管的结构剖面图；