双注入场效应晶体管制造技术

一种固态电子器件，它包括响应外加电压，将双极性载流子注入到器件的半导体材料主体中的电流通路的装置，其特征在于：具有大体沿上述电流通路的长度方向施加电场，以增加上述电流通路中的双极性电流的电场装置，还具有固态发光电子器件和晶体管．上述施加的电场与由上述所加电压感应出来的电场不同．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

内的技术人员应能认识到在晶体管160中，由栅极162进行的使晶体管截止的操作使用了与上述讨论的VMIT有关的工作原理。因此，栅极162和每个电极46和52之间的间距163a和163b的相对大小可以变化，以增强栅极162帮助截止的能力。特别是，栅极与方向偏置或与栅极处于同电位的那个载流电极间的间距可以增大，而栅极与另一载流电极间的间距可以相应地减小。 图30B示出了DIFET165，其结构及工作情况与图30A中的DIFET160相似，但其第二栅极162却是另一种设置。晶体管165中，第二栅极162包括若干个电极部分或电极单元(如162a或162b)，它们互相之间以及和阴极46阴极52之间都水平隔置开。栅极部分162a和162b中的每一个最好象图30A中的栅极162那样横跨导电层48中的导电沟道的整个宽度，且每一个非常接近层48的中心位置，并通过绝缘层164把它们隔开。栅极部分162a和162b也可以象栅极162那样来形成，先淀积一层合适的导电材料(如金属)，然后用光刻或其他常规手段形成分离的各单元。 去掉加在栅极50上，以使晶体管165导通的偏置电压，晶体管165的导通沟道将会截止。在栅极部分162a和162b上加上一个或多个合适的电压，晶体管165将会更彻底地截止。举个例子来说，栅极部分162a和162b被加上相同的偏置电压(可以是任何电压)，从各个栅极部分延伸的感应场使间隔163c和各栅极部分之上的层48的中央部分161呈电中性，也就是说，在这一部分中不存在电位置。因此，载流子沿部分161的运动只是扩散引起的结果，这就大大减小了载流子通过这一部分的运动速度，实质上增加了这一部分的有效电阻，从而增加了整个层48的有效电阻。再举个例子，在栅极部分162a和162b上加上相同的电压，这个电压可以是高于、也可以是低于分别加到阴极46和阳极52上的电压。就载流电极中的某一个而言，这样的一个电压将使层48中的至少一部分反向偏置。这个偏置将有效地防止载流子在该结上的注入，从而大大减小了载流电极之间的载止电流。 栅极部分162a和162b可以具有这样的结构，即它们之间的电连接通过一个纵向的连接线(图中未画出)来实现，这个连接线可用与栅极部分相同的材料在形成栅极部分的同时形成。如果该晶体管以上面两个例子讨论过的方式工作，那就非常方便。 再举一例，栅极部分162a和162b可以象图30B所示的那样互相电绝缘，并对它们加上不同的电压，使晶体管165截止得更彻底。例如，在栅极部分162a和162b上分别加上5v和0v电压，在没有过大电压加到栅极50上的情况下，将会产生一个势垒，这个热垫垒强烈地阻止电子及空穴沿层48的中央部分161的流动或扩散，因此，就可以在晶体管165的第一栅极上不加电压时大大地减小截止电流。本
中的技术人员会认识到，在这个例子中，栅极部分162a和162b之间电位差可以变化，比方说可从十分之几伏变化至远高于5伏。 虽然图29B至30B所示的实施例是双极场效应管，本
内的技术人员将会容易地意识到这些器件的结构和工作原理也适合于使用在单极场效应管中。特别是，只要简单地把层52从p+型材料换成n+型材料，即可用与图29B、30A和30B中的晶体管相同的基本结构形成新颖的横向单极型a-Si合金IGFET。 横向晶体管150、155、160和165可以采用薄膜淀积技术来形成，这项技术在前面关于图1中所示的纵向晶体管40的形成时已经描述了。除非另有说明，这些横向晶体管中，沟道层48的厚度最好为200至10，000埃，欧姆接触层46和52的厚度最好为100至500埃，金属接触层44和54的厚度最好为500至3000埃，绝缘层152厚度最好为200至5000埃，栅极层50最好为500至3000埃厚。 虽然本专利技术可用横向结构来构成(如图29A至30B所示)，但是，可以相信，对于一些应用，使用纵向结构(如图1至图28所示的那些)更好。这是因为使用纵向淀积技术制造极间距离短的电极时，制造容易。本专利技术的纵向实施例还有易于制造具有多个导电窗口51的晶体管的优点，这种窗口51能使晶体管传送更大的电流。 图31示出了一个横向形成的双极薄膜晶体管170，其导电栅极层50淀积在一绝缘衬底42上。下一步栅极绝缘层152淀积在栅极50上或者以其他方式在栅极50上形成。如果需要的话，还可把绝缘层152进行退火，以减少内部缺陷的数目和改进它的绝缘性能，这有可能把绝缘层做得更薄。接着淀积非晶半导体层48。再下面就可以使用光刻技术在图31中的各个位置上有选择地淀积接触n+层46和接触的p+层52以及它们各自上面的金属层44和54。和晶体管150相比，这个晶体管170的结构减小了它的栅极50和各载流电极间的电容，且容易制造。 晶体管170有助于图解说明本专利技术的横向DIFET和横向单极FET可以由许多方式来构成。例如，晶体管160和165可以和晶体管170类似，具有这样的结构，栅极50作为器件的底层，栅极162作为器件的顶层。 晶体管150至170都具有这样的特点，即它的极间电容显著地减小，这是因为栅极层50和两个电流通路电极间的交迭已被减小到最小程度。在应用中，如果这些晶体管作为不需要很高速度的增强型场效应管来使用。则最好使用沟道长度为5-10微米至几十微米或更长一些的器件，这是因为不仅可以用廉价的光刻技术来实现这些特征尺寸，而且当DIFET处于截止状态时这种沟道具有更高的有效电阻率。阳极和阴极间电压较低时，双极FET截止(即栅极上不加电压)时的沟道电阻，正象上面引用的哈克(Hack)等人著的杂志文章中所讨论的那样，是正向偏置的p-i-n二极管载流子注入的函数。而且，它还取决于沟道的长度，与沟道截面积成反比关系。因此，本
的技术人员可以容易认识到改变器件的几何形状就能改变截止状态下的电阻。此外，还可对沟道进行掺杂，以改变沟道电阻和/或改变载流子的寿命。在用本征a-Si∶H沟道材料制成的常规的TFT中，为了提高跨导和减少截止时间，沟道长度常被减到最小。当利用标定的栅极电压使得晶体管导通时，沟道的电导率正象上面提到的那样，在典型情况下是相当低(电子迁移率高达1.0cm2/V-s)的。然而使用本专利技术的双极TFT，沟道长度就可以长得多，这是因为沟道中的双极电流的缘故，这样就使跨导得到明显的改善;而且由于上面解释的载流子的复合，也大大减小截止时间。 在本
内众所周知，所需的栅极工作电压越低越好，绝缘层152在能避免隧道穿通或击穿的前提下越薄越好。如上所述，在双极场效应晶极管中，由于导电沟道中第二种载流子即少数载流子的缘故，空间电荷的电中和在任何给定的栅极电压下都能产生一导电沟道，这沟道比使用工作在增强型的单极绝缘栅场效应管所产生的沟道大体更宽。因此，本
内的技术人员将意识到与通常单极绝缘栅FET相比较，双极场效应管可以工作在更低的栅极电压。 图32示出了一个简化测试电路的示意图，该电路是用来测试本专利技术的原型场效应管180的，在图中该晶体管是以部分剖面图的形式画出的。FET180是一个四端器件。它有两个载流铝电极44和182，这两个电极下面有n+欧姆接触层46和52;还有一个铝电极54本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态电子器件它包括响应外加电压，将双极性载流子注到器件的半导体材料主体中的电流通路的装置，其特征在于：具有大体沿上述电流通路的长度方向施加电场，用以增加上述电流通路中的双极性电流的电场装置，上述施加的电场与由上述所加电压感应出来的电 场不同。

【技术特征摘要】
US 1985-7-26 759,634;US 1985-10-17 788,594的范围内，本发明可按与上面所具体描述的不同的方法进行实施。权利要求1.一种固态电子器件它包括响应外加电压，将双极性载流子注到器件的半导体材料主体中的电流通路的装置，其特征在于具有大体沿上述电流通路的长度方向施加电场，用以增加上述电流通路中的双极性电流的电场装置，上述施加的电场与由上述所加电压感应出来的电场不同。2.如权利要求1所述的电子器件，其中，上述半导体材料或者是基本上本征的或者是掺杂的。3.如权利要求1所述的电子器件，其中，上述半导体材料选自一组包括单晶半导体材料，基本上为多晶的半导体材料，基本上为微晶的半导体材料，以及基本上为非晶的半导体材料在内的半导体材料。4.如权利要求1所述的电子器件，其中，上述半导体材料为非晶硅合金。5.如权利要求1所述的电子器件，其中，电场装置至少包括一个适于接受所加控制电压的控制电极，上述控制电极大体沿上述电流通路的长度方向延伸并紧靠着上述电流通路。6.如权利要求1所述的电子器件，其进一步的特征在于上述电场装置包含有用于将上述控制电极和上述电流通路间的漏电流减至最小的势垒装置。7.如权利要求6所述的电子器件，其中，上述势垒装置选自一组包括绝缘材料，肖特基势垒，以及反向偏置的半导体-半导体结在内的电子势垒。8.如权利要求1所述的电子器件，其中，当施加上述电场并加上上述电压时，上述电场装置通过至少在上述电流通路的一个部分引起两种极性的载流子密度的增加而改变上述电流通路的有效电导率。9.如权利要求8所述的电子器件，其中，上述半导体主体具有大量的缺陷态，而且上述增加了的载流子密度填满了电流通路中上述缺陷态中相当大的部分。10.如权利要求1所述的电子器件，其中，电流通路中由第一种极性的载流子引起的空间电荷至少中和掉一部分由第二种相反极性的载流子引起的空间电荷。11.如权利要求10所述的电子器件，其中，上述电流通路的深度实质上由于上述中和作用而得到了增加。12.如权利要求10所述的电子器件，其进一步的特征在于具有优化空间电荷中和作用的装置。13.如权利要求1所述的电子器件，其进一步的特征在于上述双极性载流子注入的装置包括第一和第二电极，各个上述电极包含有一个重掺杂半导体材料区域，用于将一种极性的载流子有效地注入到上述半导体材料的主体内。14.如权利要求13所述的电子器件，其中，上述第一电极的上述区域是重掺杂的n型半导体材料，而上述第二电极的上述区域是重掺杂P型半导体材料。15.如权利要求1所述的电子器件，其中，半导体材料的上述主体有第一和第二区域，上述电流通路大体上只在上述第一区域内，而其进一步的特征在于，上述第二区域具有比上述第一区域多得多的缺陷态，以在上述电子器件截止时，促进载流子的复合。16.如权利要求1所述的电子器件，其进一步的特征在于上述器件为纵向排列，而且包括第一电极和第二电极，所述第一电极与上述第二电极垂直隔开放置，而至少有一部分包含上述电流通路的半导体主体被置于其中，从而上述电流通路至少有相当大一部分是非水平的。17.如权利要求16所述的电子器件，其进一步的特征在于上述电场装置至少有一部分被局部地夹在上述半导体主体的上述部分中间。18.如权利要求1所述的电子器件，其中，上述器件为横向排列，并包括一个与第二电极水平隔开一段距离水平放置的第一电极，同时，至少有一部分包含上述电流通路的半导体主体置于其间，由此，至少相当一部分上述电流通路大体上是水平的。19.如权利要求1所述的电子器件，其进一步的特征在于具有用于从上述电流通路中获得一种极性的载流子的装置。20.如权利要求1所述的电子器件，其进一步的特征在于具有用于沿上述电流通路的一部分施加第二个电场，以便减小上述电流通路中的双极性电流的第二电场装置，上述第二个电场与由上述所加电压感应出的电场不同。21.一种固态发光电子器件，它包括同于相应于外加电压，将双极载流子注入到所述电流通路中的装置，其特征在于具有至少沿上述电流通路的一部分施加电场，以在上述电流通路中产...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍洛迪米尔克苏巴蒂，迈克尔G哈克，迈克尔舒尔，
申请(专利权)人：能量转换装置公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]