[发明专利]负电子压缩率-超陡亚阈斜率场效应晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种负电子压缩率超陡亚阈斜率场效应晶体管，其特征在于，所述场效应晶体管包括：衬底、源区、漏区、第一常规栅介质层、负电子压缩率NEC栅介质层、第二常规栅介质层、控制栅、隔离层、栅电极、源电极和漏电极；其中，在衬底上淀积常规栅介质材料形成第一常规栅介质层；负电子压缩率栅介质层转移至在第一常规栅介质层上，所述负电子压缩率栅介质层采用负电子压缩率材料；在负电子压缩率栅介质层上电子束蒸发种籽层材料，形成种籽层，自然氧化形成介质，在介质上淀积常规栅介质材料，与介质一起形成第二常规栅介质层；在第二常规栅介质层上形成控制栅；所述第一常规栅介质层、负电子压缩率栅介质层、第二常规栅介质层和控制栅构成栅叠层；对栅叠层两端的衬底分别进行离子注入，分别形成源区和漏区；在源区、漏区和控制栅上淀积形成隔离层；在隔离层中形成接触孔，在接触孔中分别形成连接源区的源电极、连接控制栅的栅电极以及连接漏区的漏电极；第一常规栅介质层和第二常规栅介质层构成常规栅介质电容，负电子压缩率栅介质层构成NEC电容，两个电容串联；根据第一和第二常规栅介质层以及负电子压缩率栅介质层的材料，调整第一和第二常规栅介质层以及负电子压缩率栅介质层的厚度，使得常规栅介质电容的电容值大于NEC电容的电容值的绝对值，从而两个串联电容为负值，实现栅控制系数小于1，同时沟道表面势对栅压的响应大于1。

2.如权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述第一和第二常规栅介质层采用常规栅介质材料，常规栅介质材料为高k栅介质材料或氧化硅。

3.如权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述负电子压缩率材料采用石墨烯、黑磷、硒化钨和过渡金属硫化物中的一种。

4.如权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述种籽层材料采用与第二常规栅介质层的材料能够兼容的金属。

5.如权利要求4所述的场效应晶体管，其特征在于，所述种籽层材料采用铝、铪或锆。

6.一种负电子压缩率超陡亚阈斜率场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

根据采用的常规栅介质材料和负电子压缩率材料的介电常数和有效质量，设计第一和第二常规栅介质层以及负电子压缩率栅介质层的厚度，使得常规栅介质电容的电容值大于NEC电容的电容值的绝对值，从而两个串联电容为负值，实现栅控制系数小于1，同时沟道表面势对栅压的响应大于1；

提供衬底；

生长常规栅介质材料，形成第一常规栅介质层；

提供负电子压缩率材料的生长基底，均匀淀积负电子压缩率材料；在上面盖上胶，并将生长基底刻蚀掉，将带有胶的负电子压缩率材料泡在去胶溶液中，去除胶，得到干净的负电子压缩率栅介质层；

负电子压缩率栅介质层转移至第一常规栅介质层上，退火去除残胶和杂质；

在负电子压缩率栅介质层上电子束蒸发一层种籽层材料，自然氧化形成介质，并淀积常规栅介质材料，与种子层自然氧化后形成的介质一起形成第二常规栅介质层；

淀积栅金属，并光刻刻蚀出控制栅的区域，形成控制栅，第一常规栅介质层、负电子压缩率NEC栅介质层、第二常规栅介质层和控制栅构成栅叠层；

光刻，对栅叠层两端的衬底分别进行离子注入，并进行快速高温退火杂质激活，分别形成源区和漏区；

淀积形成隔离层，光刻刻蚀形成接触孔，并金属化；淀积金属，在接触孔中分别形成连接源区的源电极、连接控制栅的栅电极以及连接漏区的漏电极。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤2）中，生长常规栅介质材料采用常规热氧化、掺氮热氧化、化学气相淀积和物理气相淀积中的一种方法。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤3）中，负电子压缩率材料的生长基底采用铜、氧化硅和蓝宝石中的一种。

9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤3）中，负电子压缩率材料采用石墨烯、黑磷、硒化钨和过渡金属硫化物中的一种。

10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤6）中，种籽层材料采用与第二常规栅介质层的材料能够兼容的金属。