[发明专利]石墨烯条带异质结双栅TFET及其开关特性提升方法

说明书

本发明公开了石墨烯条带异质结双栅TFET及其开关特性提升方法。如何提高TFET的开态电流是TFET研究的一个重要方向。本发明的源区、漏区以及源区与漏区之间的沟道组成石墨烯条带异质结；沟道由沿源区至漏区方向排布的沟道一段和沟道二段组成；源区、沟道二段和漏区均为扶手椅型石墨烯纳米条带；沟道一段的条带延伸方向与扶手椅型石墨烯纳米条带的延伸方向成一夹角。本发明在关态情况下，沟道一段沿器件长度方向为带隙扶手椅型石墨烯纳米条带，区域态密度为0，起到抑制关态电流的作用；开态情况下，沟道内有电流，沟道一段沿电流传输方向为锯齿型石墨烯条带，沟道一段内无带隙，促进电子在源区与沟道间的量子隧穿效应，提升开态电流。

技术领域

本发明属于场效应晶体管技术领域，提出了一种使用石墨烯异质结作隧穿场效应管(TFET)的导电沟道，提升TFET开关特性的方法。

背景技术

自IC发明以来，金属氧化物场效应管(MOSFET)就是IC中最流行的半导体器件，且器件的特征尺寸按照摩尔定律的预测规律不断缩小。随着器件小型化的持续发展，MOSFET由于沟道长度缩短而出现的“短沟道效应”等一系列负面效应严重影响了MOSFET器件的性能；另一方面，因为MOSFET利用电子的热运动产生沟道电流，工作原理的限制导致MOSFET器件的亚阈值摆幅不能低于60meV/dec，器件功耗大，同时也抑制了器件尺寸的进一步缩小。为了解决MOSFET器件在IC小型化和低功耗发展过程中的各种弊端，新原理、新结构、新材料器件是目前业界提出的3种解决问题的方案。

TFET利用电子在不同能级间的量子隧穿效应产生沟道电流，器件亚阈值摆幅可以降低到60meV/dec以下，满足当前IC发展的需求，但是TFET开态电流较小，在一定程度上限制了它的应用，所以如何提高TFET的开态电流是TFET研究的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的是针对现有TFET器件开态电流小的问题，提供一种石墨烯条带异质结双栅TFET，并提供一种利用石墨烯条带异质结提升双栅TFET开关特性的方法，该方法利用石墨烯条带(GNR)的电子迁移率高，带隙大小受条带宽度和边缘形状调控的特性，采用不同边缘形状的GNR构成异质结结构作为TFET的导电沟道，通过调整异质结形状和边缘结构控制电子在沟道内的量子隧穿效应，起到提升TFET电学性能的目的。

本发明石墨烯条带异质结双栅TFET，包括顶栅、底栅、栅氧化层、源区、漏区和沟道；所述的源区、漏区和沟道位于顶部栅氧化层及底部栅氧化层之间；底栅位于底部的栅氧化层下方，顶栅位于顶部的栅氧化层上方，且顶栅和底栅在长度方向上均与沟道对齐设置；源区、漏区以及源区与漏区之间的沟道组成石墨烯条带异质结；源区、漏区和沟道的宽度相等；所述的沟道由沿源区至漏区方向排布的沟道一段和沟道二段组成；源区、沟道二段和漏区均为扶手椅型石墨烯纳米条带；沟道一段的条带延伸方向与扶手椅型石墨烯纳米条带的延伸方向成一夹角。

所述的栅氧化层采用SiO₂材料。

所述的石墨烯条带异质结是有带隙的单层石墨烯纳米条带。

所述的夹角为30°。

本发明石墨烯条带异质结双栅TFET提升开关特性的方法，具体如下：

关态情况下，沟道一段沿器件长度方向表现为扶手椅型石墨烯纳米条带，与沟道二段及源、漏区条带为同宽且同性质的条带，此时，沟道一段区域存在带隙，区域态密度为0，起到抑制关态电流的作用；开态情况下，沟道内有电流，沟道一段沿电流传输方向表现为锯齿型石墨烯条带，此时，沟道一段区域内无带隙，促进电子在源区与沟道间的量子隧穿效应，提升开态电流。

本发明的有益效果是：

本发明减小TFET的亚阈值摆幅(SS)，减小泄露电流，增大开态电流，提升器件的开关特性。

附图说明

图1是本发明的石墨烯条带异质结原子结构示意图。