[发明专利]铁电掺杂正反馈场效应晶体管器件及制备方法

权利要求书

1.一种铁电掺杂正反馈场效应晶体管器件，包括衬底(1)、埋氧层(2)、沟道层(3)和绝缘层(4)，其特征在于，在所述绝缘层(4)上布设铁电介质层(5)，在铁电介质层(5)上设置具有距离间隔的靠近漏端的编程栅极(6)和靠近源端的编程栅极(7)，通过对编程栅极施加脉冲完成铁电非易失掺杂，获得可编辑的半导体沟道能带结构，构建正反馈机制，实现超陡峭亚阈值特性，并兼具数据的存储与计算功能；其中，所述靠近漏端的编程栅极(6)与漏极(12)之间以靠近漏端的侧墙(8)掩蔽，所述靠近源端的编程栅极(7)与源极(13)之间以靠近源端的侧墙(9)掩蔽。

2.根据权利要求1所述铁电掺杂正反馈场效应晶体管器件，其特征在于，借助所述铁电介质层(5)对半导体进行非易失铁电掺杂。

3.根据权利要求1所述铁电掺杂正反馈场效应晶体管器件，其特征在于，所述沟道层(3)两端用重掺杂形成P型区域和N型区域，分别作为漏区(10)和源区(11)，漏区(10)上方为漏极(12)，源区(11)上方为源极(13)，绝缘层(4)设置在沟道层(3)中间部分的上方。

4.根据权利要求1所述铁电掺杂正反馈场效应晶体管器件，其特征在于，所述正反馈机制：对靠近漏端的编程栅极(6)施加正向脉冲电压，漏区(10)所处的沟道层(3)上表面区域形成非易失的N型反型层；对靠近源端的编程栅极(7)施加反向脉冲电压，源区(11)所处的沟道层(3)上表面区域形成非易失的P型反型层，其中N型反型层的势垒需高到足以阻碍空穴移动，P型反型层的势垒需高到足以阻碍电子移动；工作时，N⁺端接零电位，P⁺端接高电位，当P⁺端势垒降低到一定值时，空穴开始向沟道层中间注入，并在N⁺端附近的势阱区聚集，最终流向N⁺源端；聚集在N⁺端势阱区的空穴会降低该处的电子势垒高度，当该势垒足够低时，N⁺端的电子开始向沟道层中间注入，并在P⁺端附近的势阱区聚集，最终流向P⁺漏端，而聚集在P⁺端势阱区的电子会降低该处的空穴势垒高度；由此，电子和空穴的注入使得反型层形成的势垒均迅速降低，最终形成正反馈回路，伴随着晶体管的瞬间开启；当源漏电压撤去，该晶体管随即关闭。

5.权利要求1所述铁电掺杂正反馈场效应晶体管器件的制备方法，包括如下步骤：

步骤1)，在XOI结构上生长绝缘层(4)，其中X表示沟道层(3)，I表示埋氧层(2)，埋氧层(2)下方为衬底(1)；

步骤2)，在绝缘层(4)上方淀积铁电介质层(5)；

步骤3)，在铁电介质层(5)上生长具有距离间隔的靠近漏端的编程栅极(6)和靠近源端的编程栅极(7)；

步骤4)，在全局上表面生长Si₃N₄；

步骤5)，刻蚀形成靠近漏端的侧墙(8)和靠近源端的侧墙(9)；

步骤6)，在沟道层(3)分别进行离子注入形成源区(11)和漏区(10)；

步骤7)，在源区(11)上生长源极(13)，漏区(10)上生长漏极(12)。

6.根据权利要求5所述铁电掺杂正反馈场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，所述步骤1)，利用干氧氧化工艺在XOI结构上生长厚度为1-2nm的绝缘层(4)，绝缘层(4)采用SiO₂，其中，X表示的沟道层(3)使用Si、Ge、SiGe、GaAs和二维沟道材料中的任意一种，其厚度为5-10nm，I表示埋氧层(2)，其下方的衬底(1)使用Si、Ge、SiC、GaN、蓝宝石及金刚石材料中的任意一种；所述步骤4)利用化学气相沉积工艺。

7.根据权利要求5所述铁电掺杂正反馈场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于，所述步骤2)，利用原子层淀积工艺在绝缘层(4)上方淀积铁电介质层(5)，即，以对应的前驱体源配合前驱体氧源和吹扫气体，在250-400℃的温度下反应淀积形成3-5nm厚的铁电介质层(5)。