[发明专利]无结型隧穿场效应晶体管及制备方法

说明书

本发明提出了无结型隧穿场效应晶体管及制备方法。该无结型隧穿场效应晶体管包括：绝缘层；沟道区，所述沟道区设置在所述绝缘层上；源极和漏极，所述源极以及所述漏极设置在所述沟道区的两侧；栅介质层，所述栅介质层设置在所述沟道区上；栅极，所述栅极设置在所述栅介质层上，所述栅极包括顶栅以及静电调制栅极。由此，该无结型隧穿场效应晶体管具有以下优点的至少之一：结构简单，可以利用较为简单的工艺流程实现制备，掺杂浓度灵活可调，功耗较低等。

技术领域

本发明涉及电子领域，具体地，涉及无结型隧穿场效应晶体管及制备方法。

背景技术

隧穿场效应晶体管在室温下其亚阈值摆幅可以达到低于60mV/dec的值，突破了传统场效应晶体管的极限。这使得它在未来的低功耗集成电路领域有着很好的应用前景。但传统的隧穿晶体管需要采用离子注入以及高温退火工艺形成隧穿结，其热耗散较大，工艺复杂，且存在杂质扩散，难以形成小尺寸的突变结。而无结型场效应晶体管不需要离子注入形成结，但其仍然依赖于载流子的漂移扩散而工作，因此亚阈值摆幅也受到60mV/dec的限制。

因而，无论是目前的无结型场效应晶体管还是隧穿场效应晶体管，其结构以及制备方法仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明是基于发明人的以下发现而完成的：

目前基于传统半导体的隧穿场效应晶体管，需要采用离子注入以及高温退火工艺形成隧穿结，其热耗散较大，工艺复杂，且存在杂质扩散，难以形成小尺寸的突变结。而无结型晶体管不需要离子注入形成结，但其仍然依赖于载流子的漂移扩散而工作，因此亚阈值摆幅也受到60mV/dec的限制。就此，发明人经过深入研究，提出一种无结型隧穿晶体管，它可以结合无结型晶体管与隧穿晶体管的优势，在降低工艺复杂度与热耗散的前提下，实现低于60mV/dec的亚阈值摆幅。

有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种无结型隧穿场效应晶体管。该无结型隧穿场效应晶体管包括：绝缘层；沟道区，所述沟道区设置在所述绝缘层上；源极和漏极，所述源极以及所述漏极设置在所述沟道区的两侧；栅介质层，所述栅介质层设置在所述沟道区上；栅极，所述栅极设置在所述栅介质层上，所述栅极包括顶栅以及静电调制栅极。由此，该无结型隧穿场效应晶体管具有以下优点的至少之一：结构简单，可以利用较为简单的工艺流程实现制备，掺杂浓度灵活可调，功耗较低等。

根据本发明的实施例，所述沟道区是由具有双极导通特性的二维薄膜材料形成的。由此，由其实现的无结型隧穿场效应晶体管具有更好的栅控能力，二维材料以范德瓦尔斯力结合，无悬挂键，可以有效地避免陷阱辅助隧穿，并且在正负栅压下可分别实现不同浓度的离子掺杂，工艺简单，灵活可调。

根据本发明的实施例，所述沟道区包括黑磷、二硒化钨、二硫化钨、石墨烯以及二碲化钨的至少之一。由此，可以利用上述来源广泛、容易获得的材料形成沟道区，进而可以节约生产成本。

根据本发明的实施例，所述沟道区的厚度为6nm以下。因此，可以形成较薄的沟道，其中的载流子可以受到更强的栅极控制，由其实现的无结型隧穿场效应晶体管能够更好的实现开启和关断。

根据本发明的实施例，所述静电调制栅极靠近所述源极或所述漏极设置。由此，可以更好的实现对沟道区掺杂类型的控制，有利于形成突变结。

根据本发明的实施例，该无结型隧穿场效应晶体管包括两个所述静电调制栅极，所述顶栅设置在两个所述静电调制栅极之间。由此，可以更好的实现对沟道区掺杂类型的控制。

根据本发明的实施例，所述源极以及所述漏极分别独立地由金属形成，形成所述源极的金属，与形成所述漏极的金属具有不同的功函数。由此，可以在源端以及漏端形成不同的掺杂类型，其中，低功函数的金属有利于电子的流动，而高功函数的金属有利于空穴的流动。