一種溝道勢壘高度控制的隧穿場效應器件的制作方法
【專利說明】一種溝道勢壘高度控制的隧穿場效應器件
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于半導體集成電路領域，具體涉及一種溝道勢皇高度控制的隧穿場效應器件。
【背景技術】
[0003]隧穿型場效應管基于載流子的能帶間隧穿輸運，采用了與傳統金屬氧化物半導體場效應器件結構不同的工作機理，具有優越的亞閾值特性，在室溫下可以低于傳統金屬氧化物半導體場效應器件60 mV/dec的物理極限，具有非常低的泄漏電流。但由于隧穿型場效應管是基于能帶間載流子的量子隧穿實現載流子輸運，其開態電流偏小，驅動能力較弱，另一方面，除了在源端的載流子可以實現能帶間輸運，在漏端的載流子也可以實現能帶間輸運，而源和漏的摻雜類型是相反的，就形成了同時導通的雙極性電流，這種雙極性是不利因素。
[0004]為了改善隧穿型場效應器件的結構，有雙材料柵隧穿型場效應器件結構、在溝道中采用兩段摻雜的隧穿型場效應器件結構被提出，這兩種結構都在一定程度上改善了隧穿型場效應器件的特性，但對電流的調制仍然主要通過隧穿結厚度的控制實現。傳統的金屬氧化物半導體場效應器件屬于溝道勢皇高度控制的結構，具有較大的開態電流，但其載流子基于熱激發，其亞閾值斜率在室溫下不能低于60 mV/dec的物理極限。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是為提供一種有大開態電流和小雙極性導通電流特性的隧穿場效應器件。
[0006]本發明采用的技術方案如下:
一種溝道勢皇高度控制的隧穿場效應器件，其中心為溝道，溝道兩端為導電類型不同的源端和漏端，源端與溝道之間形成隧穿結，所述溝道采用三段或三段以上的勢皇區組成，其中中間段的勢皇區的能帶高于溝道中靠近漏端和源端的能帶；還有柵氧層全覆蓋溝道，柵氧層又被柵電極全覆蓋。
[0007]源端與漏端的摻雜濃度可調，溝道中摻雜類型和摻雜濃度均可調。
[0008]所述源端與漏端采用同一材料。
[0009]所述的源端與漏端可以采用摻雜的碳納米管材料。
[0010]本器件的溝道部分不同勢皇區采用不同摻雜濃度或類型的材料，在溝道中形成三段或更多段的勢皇結構。所述的溝道可以采用摻雜的碳納米管材料。
[0011 ] 所述的柵氧層可以采用氧化硅。
[0012]本發明器件源端和溝道靠近源端的地方，形成隧穿載流子注入區，實現普通隧穿型場效應管器件的載流子冷注入，保證器件的亞閾值斜率低于常溫下60 mV/dec的物理極限。
[0013]溝道中間段的勢皇和溝道中靠近漏端的部分，形成控制區，用于控制器件的開關狀態轉換。在開態下，加載柵極的電壓，使得溝道中的勢皇整體降低，使得源、漏間的載流子實現隧穿；在關態下，由于溝道中的勢皇高度整體高于源、漏中的禁帶，阻斷源、漏間的載流子隧穿。使用溝道中的勢皇實現對器件中源、漏能帶間隧穿的調節，通過調節靠近源端的溝道段摻雜，可以調節開態電流；通過調節勢皇區的摻雜和靠近漏端的溝道段摻雜，可以控制關態電流；從而獲得高開關電流比的隧穿型半導體器件。
[0014]所述多段摻雜的溝道勢皇高度控制隧穿場效應器件的眾多參數可調:
1、其溝道的總長度、寬度可調；
2、其溝道不同分段的長度可調；
3、其溝道的半導體材料可調；
4、其源端的摻雜材料、摻雜濃度、摻雜類型可調；
5、其溝道區不同分段、摻雜材料、摻雜濃度、摻雜類型可調；
6、其漏端的摻雜材料、摻雜濃度、摻雜類型(與源端相反)可調；
7、其柵氧層的材料可調；
8、其柵氧層的厚度可調；
9、其金屬柵的長度可調；
10、其金屬柵的功函數可調；
本發明提出的多段摻雜的溝道勢皇高度控制隧穿場效應器件，在源漏端和溝道區寬度、溝道總長度、柵絕緣層材料和厚度、源漏端摻雜濃度等與溝道一段摻雜的隧穿場效應器件、溝道兩段摻雜的隧穿場效應器件等一致的條件下進行了比較。多段摻雜的溝道勢皇的引入使得隧穿場效應器件關態電流變小，開態電流變大，開關電流比增大。因此本發明進一步優化了隧穿場效應器件的綜合性能，推動了溝道摻雜工程的發展。
[0015]本發明在現有隧穿型場效應器件研宄基礎上，通過溝道中三段或多段摻雜，在溝道中形成勢皇結構，其中勢皇部分的能帶顯著高于相鄰區域，把隧穿型場效應器件和傳統的溝道勢皇高度控制器件原理相結合，通過柵極調節溝道中的勢皇高度，控制源漏隧穿電流，來獲得器件性能的綜合優化。本發明能夠增加隧穿型場效應器件的開態電流和抑制雙極性導通電流，并在室溫下獲取低于60 mV/dec物理極限的亞閾值斜率，對改善性能，縮小尺寸，促進半導體集成電路的發展，具有積極作用。
【附圖說明】
[0016]圖1，本發明多段摻雜的溝道勢皇高度控制隧穿場效應器件截面示意圖，及摻雜帶來的溝道中勢皇示意圖；
圖2，改變隧穿器件柵極電壓，對溝道中電勢造成的影響；
圖3，相同結構參數下，多段摻雜的溝道勢皇高度控制隧穿場效應器件和對應的單段溝道摻雜隧穿場效應器件、雙段溝道摻雜隧穿場效應器件的器件溝道區能帶分布圖；
圖4，相同結構參數下，多段摻雜的溝道勢皇高度控制隧穿場效應器件和對應的單段溝道摻雜隧穿場效應器件、雙段溝道摻雜隧穿場效應器件的轉移特性曲線；
圖5，固定隧穿器件其他參數，改變溝道段一摻雜時對器件能帶結構的影響； 圖6，固定隧穿器件其他參數，改變溝道段三摻雜時對器件能帶結構的影響；
圖7，固定隧穿器件其他參數，在溝道三段摻雜器件結構中，對溝道段一采用兩段摻雜，形成溝道中，比三段更多的(四段)摻雜器件結構。
[0017]圖8，固定隧穿器件其他參數，在溝道三段摻雜器件結構中，對溝道段三采用兩段摻雜，形成溝道中，比三段更多的(四段)摻雜器件結構。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施實例(η型溝道多段摻雜的