本发明专利技术提供一种带有双轴张应变的GeSnn沟道隧穿场效应晶体管（10），其结构包括衬底（101）、源极（102）、漏极（104）、GeSnn沟道（103）、绝缘介电质薄膜（105）以及栅电极（106）。源极、n沟道、漏极形成竖直的器件结构。源极区域材料的晶格常数比GeSnn沟道（103）晶格常数大。GeSnn沟道形成XY面内的双轴张应变，这种应变有利于沟道GeSn从间接带隙转变为直接带隙，从而发生直接量子隧穿，隧穿电流增大，进而提高器件性能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种带有双轴张应变的GeSnn沟道隧穿场效应晶体管（10），其结构包括衬底（101）、源极（102）、漏极（104）、GeSnn沟道（103）、绝缘介电质薄膜（105）以及栅电极（106）。源极、n沟道、漏极形成竖直的器件结构。源极区域材料的晶格常数比GeSnn沟道（103）晶格常数大。GeSnn沟道形成XY面内的双轴张应变，这种应变有利于沟道GeSn从间接带隙转变为直接带隙，从而发生直接量子隧穿，隧穿电流增大，进而提高器件性能。【专利说明】双轴张应变GeSn η沟道隧穿场效应晶体管
本专利技术涉及一种双轴张应变GeSn η沟道TFET (Tunne IingFi el d-effectTransistor:隧穿场效应晶体管)。
技术介绍
随着集成电路的进一步发展，芯片特征尺寸的进一步缩小，单个芯片上集成的器件数目的增多，功耗越来越成为人们所关注的问题。根据ITRS数据显示，当特征尺寸缩小到32nm节点时，功耗会是预计趋势的8倍，即随着特征尺寸的逐步缩小，传统的MOS器件就功耗方面将不能满足需求(Nature, vol479, 329-337，2011)。另外，MOSFET尺寸的减小面临着室温下亚阈值斜率最小为eOmv/decade的限制。基于量子隧穿效应的隧穿场效应晶体管与MOSFET相比，没有亚阈值斜率最小为60mv/decade的限制，并且可以有效的降低功耗。但如何增大隧穿几率、增大隧穿电流成为TFET研究的重点。理论和实验已经证明直接隧穿比间接隧穿具有更大的隧穿几率(Journal of applied physics 113,194507,2013)。理论证实，当Sn的组分达到6.5%"?1%时，弛豫的GnSn材料会转变为直接带隙(Journal of Applied Physicsll3, 073707，2013)。此时则会在源与沟道之间形成直接隧穿，有效的增大隧穿几率，增大隧穿电流，提高器件的性能。但是，Sn组分的增加会使整个材料的质量以及热稳定性变差，通过增加Sn的组分得到直接带隙的GeSn是困难的。理论计算显示，GeSn中引入双轴张应变有利于材料向直接带隙的转变。(Appl.Phys.Lett.，vol.98,n0.1,pp.011111-1-011111-3, 2011)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种双轴张应变的GeSn η沟道的隧穿场效应晶体管(TFET)的结构。其中源极区域材料的晶格常数比沟道材料的晶格常数大，形成沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道的平面内的双轴张应变。这种应变有利于沟道GeSn由间接带隙转变为直接带隙，在源与沟道之间形成直接量子隧穿，增大隧穿几率，从而增大隧穿电流，进而提高器件性能。为实现专利技术目的，本专利技术提出以下技术方案: 一种双轴张应变的GeSn n沟道的隧穿场效应晶体管，其具有一 GeSn η沟道、一衬底、一源极、一漏极、一绝缘介电质薄膜、一栅极。所述源极是通过外延生长或是键合的方式生长在衬底上，其材料为弛豫的单晶半导体材料GeSn，源极、n沟道、漏极形成竖直的器件结构； 所述绝缘介电质薄膜环绕生长在GeSn n沟道上； 所述栅电极覆盖在绝缘介电质薄膜上； 所述源极材料的晶格常数比n沟道GeSn晶格常数大；形成沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道的平面内的双轴张应变。本专利技术的隧穿场效应晶体管能够在GeSn沟道形成XY面内的双轴张应变，这种应变有利于η沟道GeSn从间接带隙转变为直接带隙，从而发生直接量子隧穿，隧穿电流增大，进而提闻器件性能。【专利附图】【附图说明】图1为GeSn n沟道TFET的XZ面剖面图。图2为GeSn n沟道TFET制造的第一步。图3为GeSn n沟道TFET制造的第二步。图4为GeSn n沟道TFET制造的第三步。图5为GeSn n沟道TFET制造的第四步。图6为GeSn n沟道TFET制造的第六步。【具体实施方式】为了更为清晰地了解本专利技术的技术实质，以下结合附图和实施例详细说明本专利技术的结构和工艺实现: 参见图1所示的双轴张应变GeSn η沟道隧穿场效应晶体管，其包括: 一衬底101，材料为单晶Ge ； 一 η沟道103，材料为单晶GeSn，通式为Ge1^Snx (O≤y≤0.25)，如采用Gea95Sna05 ； 一源极102，材料为单晶GeSn，通式为Gei_,Sn, (OCr ≤ 0.25,jr>r)如可采用Gea9Snai 一绝缘介电质薄膜105，生长在沟道上，如采用H-k (高k值)材料二氧化铪HfO2; 一栅电极106，覆盖在所述绝缘介电质薄膜上； 一漏极104，材料为单晶Ge。参见图2-图6，为双轴张应变GeSn n沟道TFET (10)的制造过程: 第一步，如图2所示，在衬底101上外延生长一层弛豫的单晶材料作源极102 ； 第二步，如图3所示，在源极102上生长n沟道103 ； 第三步，如图4所示，在η沟道103上外延生长Ge漏极104 ； 第四步，如图5所示，利用光刻或刻蚀形成竖直器件结构； 第五步，如图6所示，在η沟道上环绕生成绝缘介质薄膜105和栅电极106。虽然本专利技术已以实例公开如上，然其并非用以限定本分明，如果对专利技术的各种改动或变形不脱离本专利技术的精神和范围，这些改动和变形在本专利技术的权利要求和等同技术范围之内，则本专利技术也意图包含这些改动和变形，本专利技术的保护范围当视权利要求为准。【权利要求】1.一种带有双轴张应变的GeSn η沟道隧穿场效应晶体管，其特征在于，具有一 GeSn η沟道、一衬底、一源极、一漏极、一绝缘介质薄膜、一栅电极； 所述源极是通过外延生长或是键合的方式生长在衬底上，其材料为弛豫的单晶半导体材料GeSn，源极、η沟道、漏极形成竖直的器件结构； 所述绝缘介电质薄膜环绕生长在GeSn η沟道上； 所述栅电极覆盖在绝缘介电质薄膜上； 所述源极材料的晶格常数比η沟道GeSn晶格常数大；形成沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道的平面内的双轴张应变。2.如权利要求1所述的带有双轴张应变的GeSnη沟道隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述η沟道GeSn材料的通式为Ge^Snx,其中OS ζ < 0.25。3.如权利要求2所述的带有双轴张应变的GeSnη沟道隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述源极GeSn材料的通式为GehSn,其中，O ^ 0.25,_f>z。4.如权利要求3所述的带有双轴张应变的GeSnη沟道隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述衬底和漏极米用的是单晶Ge材料。【文档编号】H01L29/739GK103824880SQ201410057748【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日【专利技术者】刘艳, 韩根全, 王洪娟 申请人:重庆大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种带有双轴张应变的GeSn n沟道隧穿场效应晶体管，其特征在于，具有一GeSn n沟道、一衬底、一源极、一漏极、一绝缘介质薄膜、一栅电极； 所述源极是通过外延生长或是键合的方式生长在衬底上，其材料为弛豫的单晶半导体材料GeSn，源极、n沟道、漏极形成竖直的器件结构；所述绝缘介电质薄膜环绕生长在GeSn n沟道上；所述栅电极覆盖在绝缘介电质薄膜上；所述源极材料的晶格常数比 n沟道GeSn晶格常数大；形成沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道的平面内的双轴张应变。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，韩根全，王洪娟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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