载流子提取晶体管制造技术

一种提取晶体管（１０）－ＦＥＴ－包括借助ｐ型ＩｎＳｂ量子阱（２２）在较宽带隙的各ｐ型ＩｎＡｌＳｂ层（２０，２４）之间延伸的导电沟道。ＩｎＡｌＳｂ层之一（２４）具有超薄的硅ｎ－型δ－掺杂层（２８），它为量子阱（２２）提供载流子的主要来源。它含有ｎ＃＋［＋］源极和漏极（３０ａ，３０ｂ）以及绝缘栅极（３０ｃ）。另一ＩｎＡｌＳｂ层（２０）邻近具有电极（１８）的衬底层（１４）和衬底（１６）上面的带隙更宽的阻挡层（１９）。相对于衬底电极（１８）将源极和漏极（３０ａ，３０ｂ）之一或二者正向偏置，可在量子阱（２２）中产生少数载流子提取，降低其导电率中的本征部分，使之进入非本征饱和状态，因而减小漏电流。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及提取晶体管、即、本征电导率因载流子的提取而降低的晶体管。在考虑先有技术之前，讨论一下半导体的专用术语和特性。晶体管的工作有赖于半导体材料中的电输送效应，广义来说，有三种重要的导电状态即不饱和非本征态、饱和非本征态和本征态，这三种导电状态分别发生在低温、中温和高温。在不饱和非本征状态下，热能不足以电离所有的杂质，且载流子浓度与温度有关，因为温度升高时有更多的杂质被电离。载流子从单一种类的掺杂剂杂质、即施主或受主热激活。电导实质上是由能带中的一种载流子、即导带中的电子或价带中的空穴、但不是二者引起的。饱和非本征状态的情况类似，但它发生在较高温度下，此时实际上所有杂质都已被电离但没有足够的热能来电离大量的价带状态以形成电子-空穴对此时载流子的浓度基本上与温度无关。在本征状态，除了因杂质激活而产生的一种类型的载流子外，产生两种类型的载流子、即电子-空穴对的价带状态的热电离对导电有显著的贡献。电导是由两个能带中的两种载流子，即导带中的电子和价带中的空穴引起的。在此状态下导电率随温度而变，因为电子-空穴对的浓度与温度有关。在非本征状态和本征状态之间有一个中间过渡区，此时电导部分是非本征的，部分是本征的，导致一种类型的载流子多于另一种载流子，即多数载流子和少数载流子锗(Ge)在环境温度或接近环境温度的条件下根据掺杂情况就是这样的。本征导电的开始温度取决于带隙和掺杂浓度；在低掺杂的窄能隙半导体中可以发生在远低于环境温度，甚至低达150K。环境温度下具有饱和非本征状的诸如Si和GaAs等材料虽然它们的迁移特性较差但在晶体管的应用中仍较多采用，这是因为在器件的有源区需要很低的本征载流子浓度。高纯度锗在环境温度下是本征的，按此推论，弱掺杂的Si有时也被错误地称为本征的，例如在PIN二极管中高电阻率I(“本征”)区实际上在环境温度下是非本征的。目前可用的最纯的Si其不纯度在环境温度下也比真正本征的高约一个数量级。窄带隙半导体，例如锑化铟(InSb)，具有一些很有用的特性，例如很低的电子有效质量，很高的电子迁移率以及高的饱和速度。这些对于超高速晶体管应用具有巨大的潜在吸引力。InSb特别对于快速、极低功率耗散晶体管是一种很有希望的材料，因为它在低电场时的电子迁移率μe是GaAs的9倍，其饱和速度Vsat比GaAs高5倍，尽管GaAs在这些方面的特性比Si更好。预计InSb具有超过0.5μm的大的冲击(ballistic)平均自由程。这就提示InSb有可能适合于很低电压下的高速工作，这样功耗就很低，这对便携式及高密度的应用是十分理想的。硅，砷化钾和锑化铟在295K(环境温度)时的某些特性比较示于表1。表1InSb在295K时的特性参数 硅 GaAs InSb单位EG带隙 1.12 1.43 0.175 eVme*电子有效质量 0.19 0.072 0.013 M0μe电子迁移率1,500 8,500 78,000 cm2V-1S-1Vsat饱和速度 1×1071×107＞5×107cms-1Ie电子平均自由路程 0.04 0.15 0.58μmni本征载流子浓度 1.6×10101.1×1071.9×1016cm-3直到最近，InSb这些在环境温度下有价值的特性未能被利用，这是由于其低带隙和必然的高本征载流子浓度(～2×1016cm-3)，这比Si和GaAs分别高出6和9个数量级。这导致InSb器件在295K的环境温度或接近环境温度下的正常工作温度时具有高的漏电流，此时少数载流子的浓度比正常掺杂等级时的所需值高出很多。许多年来都认为这是阻碍InSb和其它窄带隙材料在环境温度或稍高温度下用于器件的一个根本问题。这个问题在美国专利5382814的专利技术中得到一定程度的解决该专利公开了一种利用载流子排斥和提取现象将载流子浓度的本征成分降低到平衡水平以下的非平衡金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MISFET)。该MISFET是一种反偏置p+p+p-n+结构，其中p表示InSb层，p是应变的(strained)In1-xAlxSb层(带下划线的p表示比P的带隙宽些)，p-表示在环境工作温度下为本征的弱掺杂p型区，上标+表示高掺杂物浓度；这四层形成相邻层对之间的三个结，即分别为p+p+结，p+p-结和p-n+结。器件的有源区是p-区，在作为提取接点的p-n+结处从p-区中去除少数载流子。p+p-结是一个排斥接点，它禁止重新引入这些载流子。结果，在加有偏压时在有源区少数载流子浓度下降，且多数载流子的浓度也随之下降到同等程度以保持电荷中性。这就使电子和空穴的浓度减少了相同的数量，相当于减少了导电率的本征部分(电子-空穴对)，使有源区进入类似非本征状态。根据2003年7月9日 申请日期2001年5月2日 优先权日2000年5月19日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提取晶体管，其特征在于： ａ） 它是一个场效应晶体管（１０），包括至少部分由量子阱（２２）构成的导电区（２０，２２，２４）； ｂ） 当所述晶体管（１０）未加偏压且处在正常工作温度下时所述量子阱（２２）处在至少部分本征导电状态；以及 ｃ） 它至少包括一个结（２４／３０），可以将后者偏置以降低所述量子阱（２２）中的本征导电并将载流子主要限制在仅对应于非本征饱和态的一种类型。

【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：TJ菲利普斯，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]