[发明专利]一种双材料氧化层结构的黑磷场效应管

说明书

本发明公开了一种双材料氧化层结构的黑磷场效应管，包括导电沟道、源区、漏区、栅极氧化层、源极、漏极、栅极；栅极氧化层位于导电沟道、源区、漏区外，栅极氧化层包括高介电常数栅极氧化层和低介电常数栅极氧化层；高介电常数栅极氧化层位于源区及导电沟道靠近源区的部分外；低介电常数栅极氧化层位于漏区及导电沟道靠近漏区的部分外。本发明与具有低介电常数的传统黑磷场效应管相比，具有更高的I _on/I _off比、跨导、移动电荷和平均速度；与具有高介电常数的传统黑磷场效应管相比，具有更低的量子电容，更小的固有延迟时间和更短的功率延迟。

技术领域

本发明涉及黑磷场效应管领域，尤其是涉及到黑磷场效应管的双材料氧化层结构。

背景技术

迄今为止，传统的Si-CMOS器件已经用于半导体工业。但是现在由于一些挑战和局限性，要跟上摩尔定律是非常困难的。许多研究表明，导体型的黑磷可以用作场效应管的沟道材料，黑磷场效应管将成为CMOS器件的有力竞争者。相比于硅基材料，黑磷场效应管在器件内部电子的输运机制近似于弹道输运，黑磷场效应管能获得更高的驱动电流，更快的响应速度，以及功耗的显著下降。因此黑磷场效应管具有超出硅管的卓越性能，有相当的工业应用前景。

在场效应管的性能中，漏电流是一个重要的设备参数，由于持续的扩展而受到很大的影响。为了保持较大的开态电流和减少短沟道效应，需要将氧化层厚度按比例进行扩展。栅极介电层漏电流随着氧化层厚度的降低而增加，成为关态电流最重要的产生者。芯片上的数以百万晶体管的漏电流会导致很大的功率损耗从而烧坏芯片。

发明内容

发明目的：针对传统纳米器件结构在扩张过程中为了保持较大的开态电流和减少短沟道效应不得不增加氧化层厚度，从而导致漏电流增加的问题，本发明提供一种双材料氧化层结构的黑磷场效应管。

技术方案：一种双材料氧化层结构的黑磷场效应管，包括导电沟道、源区、漏区、栅极氧化层、源极、漏极、栅极；所述导电沟道、源区、漏区均采用本征半导体黑磷；源区和漏区分别位于导电沟道两端，且源区和漏区为重掺杂区域，导电沟道不掺杂；栅极氧化层位于导电沟道、源区、漏区外，栅极氧化层包括高介电常数栅极氧化层和低介电常数栅极氧化层；高介电常数栅极氧化层位于源区及导电沟道靠近源区的部分外；低介电常数栅极氧化层位于漏区及导电沟道靠近漏区的部分外；栅极为位于栅极氧化层外的金属电极；位于源区和漏区外的栅极氧化层上分别刻蚀有源极引线孔和漏极引线孔，源极为位于源极引线孔处的金属电极，漏极为位于漏极引线孔处的金属电极。

进一步的，高介电常数栅极氧化层和低介电常数栅极氧化层的横向长度相等；高介电常数栅极氧化层和低介电常数栅极氧化层覆盖的导电沟道的部分大小相同。

进一步的，所述栅极同时与高介电常数栅极氧化层和低介电常数栅极氧化层相接触。

进一步的，所述源区和漏区同为N型重掺杂区域或同为P型重掺杂区域。

进一步的，高介电常数栅极氧化层的介电常数大于3.9，低介电常数栅极氧化层的介电常数小于3.9。

进一步的，高介电常数栅极氧化层采用HfO₂；低介电常数栅极氧化层采用SiO₂。