包括电渗透源极层的半导体设备及其制造方法技术

技术编号:8082316 阅读:178 留言:0更新日期:2012-12-14 17:14
本发明专利技术公开了包括电渗透源极层的半导体设备及其制造方法的不同实施方式。在一个实施方式中,半导体设备包括栅极层、介电层、存储层、源极层、半导电沟道层和漏极层。源极层是电渗透且穿孔的。半导电沟道层与源极层和存储层接触。源极层和半导电沟道层形成栅电压可调的电荷注入势垒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2010年3月4日提交的共同待审的标题为“SEMICONDUCTOR DEVICESINCLUDING A NANOTUBE LAYER AND A MEMORY LAYER AND METHOD S OF FABRICATING THESAME (包括纳米管层和存储层的半导体设备及其制造方法)”第61/310,342号美国临时申请的优先权,其全部内容在此以引用方式并入。对关于联邦赞助的研究或者研发的声明本专利技术根据ECCS-0824157/00069937协议得到政府支持,且受到国家科学基金会的资金支持。政府对本专利技术具有特定权力。背景 有机场效应管(OFET)是使用有机材料作为其半导体沟道的场效应晶体管。这些基于有机分子的晶体管与基于硅的传统晶体管相比,可以使用较低成本资本的设备和较低温度,从而提供了为许多商业应用提供廉价设备的机会。附图简述本公开内容的许多方面可以通过参考以下附图来被更好地理解。附图中的组件不必依照比例,反而,其重点在于清楚地示出本公开内容的原理。此外,在附图中,在几个视图中相似的引用数字标示对应的部分。附图说明图1-4是根据本公开内容的不同实施方式的、包括电渗透源极层的半导体设备的实施例的剖视图。图5-8是根据本公开内容的不同实施方式的、与图I中的半导体设备相关联的循环转移曲线(cyclic transfer curve)的图不。图9是根据本公开内容的不同实施方式的、示出了图I中的半导体设备的0N/0FF(接通/关断)状态稳定性的图示。图10是根据本公开内容的不同实施方式的、与有和没有电荷储存层的图I中的半导体设备相关联的循环传输曲线的图示。图11是根据本公开内容的不同实施方式示出了图I层的半导体设备的制造流程图。详细描述在此公开的内容是涉及了的不同实施方式。现在将对附图中示出的实施方式的描述进行详细地引用,其中在几个视图中相似的引用数字指示相似的部分。参考图1,示出了半导体设备100的非限制性实施方式的横断二维图(厚度未依照比例)。半导体设备100作为具有增强的迟滞特性的存储元件或者具有减缓的迟滞特性的晶体管来工作,其将在以下进一步详细地论述。半导体设备100包括以下层绝缘衬底101、栅极层102、介电层104、存储层106、触片111、源极层108、半导电沟道层110和漏极层112。源极层108是诸如碳纳米管(CNT)的稀释网络(dilute network)、石墨烯层、金属的和/或半导体的纳米线的稀释网络、或者包括了穿孔的导体、半导体或者半金属层的电渗透层。而图I的实施方式被描述为包括碳纳米管网络作为源极层108 (S卩,纳米管源极层108),能被认可的其它类型的源极层108也是适用的。为了接通和关断设备,半导体设备100被配置为在源极层108和半导电沟道层110之间的交接面使用场效应控制的萧特基(Schottky )势垒,利用了碳纳米管(或者其它源极层材料)的低状态密度以及它们在纳米管源极层108中的纳米级直径。存储层106不依赖来自于在半导电沟道层110的沟道中感生出的活动载流子的电荷注入。反之,半导体设备100的架构使得能够直接从源极层108而不是像其它存储设备一样从半导电沟道层110将电荷注入到存储层10 6中,在保持较低的读取电压和快速的读取速度的同时,实现较低的写入和擦除电压。存储层106可以包括电荷存贮材料或者铁电材料。半导体设备100的每个层、配置和操作将在下文中进一步详细描述。绝缘衬底101可以包括绝缘材料,例如但不局限于,将绝缘衬底101上形成的栅极层102绝缘的玻璃或者塑料。在一些实现中,绝缘衬底101包括导电衬底(例如,不锈钢衬底),该导电衬底包括在导电衬底和栅极层102之间的绝缘表面层。绝缘表面层可以被预置在导电衬底表面上。栅极层102起到栅电极的作用,并且包括导电的或者半导电的材料。栅极层102的材料可以是无机材料或者有机材料。无机材料包括,但是不局限于,金属、半导体和透明的导电氧化物。例如,在一些实施方式中,栅极层102包括至少一种半导体,例如硅(例如,退化掺杂的P型或者η型Si衬底)。在其它实施方式中,栅极层102可以包括金属,例如,Al(铝)、Au (金)、Ag (银)、Pd (钯)、Pt (钼)、Ta (钽)、W (钨)、Cu (铜)、Zn (锌)、Mg (镁)、Cd(镉)、Sb (锑)、Ti (钛)、Sn (锡)、Sr (锶)、Bi (铋)和/或一种或者多种其它金属以及其混合物。在可选的实施方式中,栅极层102可以包括透明的导电氧化物,例如氧化锡、氧化铟、氧化铟锡(ITO )、氧化锌、氧化镉、氧化铟镁、氧化铟镓、CdSb2O6和/或其混合物。透明的导电氧化物或者其混合物可以与来自以下组的任意金属掺杂A1、Au、Ag、Pd、Pt、Ta、W、Cu、Zn、Mg、Cd、Sb、Ti、Sn、Sr和Bi,和/或一种或者多种其它金属或者其混合物。有机材料包括,例如,高导电聚合混合物,例如,聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(乙烯磺酸钠)(PEDOT :PSS)。在栅极层102上形成的介电层104包括无机介质材料,例如氧化硅、氮化硅、氮氧化娃(SiOxNy)、氧化招、氧化铪、氧化钽、氧化钛、氧化镧、氧化错、氧化钇、氧化钛招、其混合物和/或一种或者多种有机绝缘材料,所述有机绝缘材料包括但不局限于,旋压聚合电介质,例如,聚酰亚胺、聚酰胺、苯并环丁烯(BCB)、聚乙烯或者其它混合物。在一些实施方式中,介电层104包括多层电介质材料。存储层106在介电层104上形成。在一些实施方式中,存储层106包括电荷存贮材料,该电荷存贮材料既能够存储电荷,也能够不受溶剂的影响,从而使得在半导体设备100制造期间,所述电荷存贮材料在随后的、基于溶液的处理步骤期间不被溶解。然而,在一些实施方式中,存储层106的电荷存贮材料可以不受溶剂的影响,其中用于传递稀释纳米管网格的技术不牵涉到溶剂(例如,PDMS模板)和/或被蒸发到源电极108上的半导电沟道层110,从而使得存储层106不暴露于溶剂。根据所述实施方式,存储层106的厚度范围从小于Inm (纳米)到大约100 μ m。存储层106可以包括单一材料,或者可以包括多个层或者不同材料的混合物,例如,施主分子混合物或者嵌入纳米颗粒的介电层。在一些实施方式中,存储层106是包括苯并环丁烯(BCB)的电荷存贮材料,其为交叉耦合的、旋压的、低介电常数的聚合物。BCB可以作为具有电荷存贮能力以及相对高稳定性的驻极电介体(electret)。在那些实施方式中,BCB可以旋压到介电层104 (例如,SiO2层)上,并被退火以形成存储层106。在其它实施方式中,存储层106包括电荷存贮材料,其包括以下材料中的一种或者多种=CytopTM、聚苯乙烯(PS)、聚(4-甲基苯乙烯)(P4MS)、聚(2-乙烯基萘)(PVN)、聚(4-乙烯基苯酚)(PVP)、聚(2-乙烯基吡啶)(PVPyr)和来自膦酸正十八酯、(18-苯氧基十八基)三氯硅烷、二十二基三滤硅烷、六甲基二硅氮烷、十八基三氯硅烷、聚(己二酰间苯二胺)(MXD6)、聚(a-甲基苯乙烯)(PaMS)、聚(苯基-甲基-倍半硅氧烷)(pPMSSQ)、和/或其他电荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:A·G·林兹勒刘波M·A·麦卡锡
申请(专利权)人:佛罗里达大学研究基金会公司
类型:
国别省市:

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1