[发明专利]一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管，由顶部栅电极、底部栅电极、源电极、漏电极、p型重掺杂pocket区、沟道区、第一n型重掺杂区、第二n型重掺杂区、第一高K栅介质材料、第二高K栅介质材料、二氧化硅氧化层组成。本发明利用非对称栅极结构将隧穿器件陡峭的亚阈值摆幅和无结器件的较大开态电流优点相结合，当该新器件工作在亚阈值区时主要是无结器件工作，这样可以拥有更好的亚阈值特性，比如陡峭的亚阈值摆幅，而在开态时主要是无结器件工作，这样可以拥有更大的驱动电流。综合两种状态的变化，新型器件可以有效地提高器件的基本电学特性。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路用器件,主要是一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管。

背景技术

由于传统的MOSFET是基于载流子热激发原理工作的，所以在室温下其亚阈值摆幅的极限值为60mV/decade。所以随着器件特征尺寸的不断缩小由于受到器件亚阈值摆幅极限值的限制因而减小工作电压将不能有效地降低MOSFET器件的功耗。为了解决这一问题，研究人员提出了一种基于量子隧穿效应工作原理的全新半导体器件——隧穿场效应晶体管(TFET)。TFET器件已经被证实其亚阈值摆幅在室温下可以突破MOSFET亚阈值摆幅60mV/decade这一理论极限值，这有利于减小器件的工作电压，降低器件的功耗，因此它被看作未来低功耗应用领域的候选器件之一。TFET器件要想成为性能优越的开关器件就必须具有尽可能小的亚阈值摆幅、尽量大的开态电流和足够小的关态泄漏电流。然而不幸的是由于TFET器件中存在着较大的隧穿电阻导致载流子隧穿几率大大降低，因而其开态电流要明显的低于MOSFET的开态电流值，所以这一缺陷限制了它在实际电路中的应用。为了改善这些缺陷，很多技术手段在相关文献中报道，尽管采用这么多的技术对器件特性有一些改善但是目前一些技术指标依然不能满足半导体工业的要求，这就要求研究人员要提出更加新颖的结构使器件的技术指标满足半导体工业对器件的各项要求。

随着MOSFET器件尺寸的不断缩小对超浅结工艺的要求越来越苛刻，为了降低制造工艺的难度，研究人员提出了一种被称为无结场效应晶体管(junctionless field effecttransistor，JLFET)的半导体器件。顾名思义该器件不像MOSFET器件那样需要在制作工艺中向本征半导体中掺杂不同类型的元素来形成p-n结，而是该器件的源极区、漏极区和沟道区都是掺杂的相同类型相同浓度的元素，故而可以避免浅结工艺的苛刻要求。无结场效应晶体管具有制造工艺简单以及电学特性优良的特点也使其成为一类被热门研究的半导体器件。尽管无结场效应晶体管比MOSFET拥有更好的电学特性和更好的稳定性，但是它的亚阈值摆幅仍然和MOSFET器件一样不能突破60mV/decade这一理论极限值，因而限制了它在很多方面的应用。

综上所述，TFET器件由于其具有较小的亚阈值摆幅使其被广泛应用在低功耗区域潜力，目前由于其较小的开态电流阻止了这种潜力被进一步发挥。JLFET器件具有较优良的电学特性以及较稳定的特点，然而其亚阈值摆幅依然受到60mV/decade这一理论极限值的限制，导致其很难被广泛的应用。

发明内容

本发明基于以上两类器件各自的优缺点，在本发明中，我们将上述两类器件的优点结合从而提出了一种高性能的半导体器件，这里我们称它为非对称双栅隧穿晶体管。非对称双栅隧穿晶体管在结合了TFET器件陡峭的亚阈值摆幅和无结场效应晶体管具有较大开态电流优点的情况下尽可能地提高该新结构的电学特性，从而尽量地满足半导体工业对器件的各项指标要求。非对称双栅隧穿晶体管的仿真结果表明其电学特性方面，例如开态电流、开关电流比和亚阈值摆幅都有显著地改善。

实现本发明目的技术方案：