或非门逻辑电路及其形成方法技术

本发明专利技术涉及或非门逻辑电路及其形成方法。该或非门逻辑电路，包括：两个输入端，分别用于接收输入电压信号；两个增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其栅电极分别耦接至两个输入端，其源电极分别耦接至接地点；一耗尽型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其漏电极耦接至电压源，其栅电极、其源电极、以及两个增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的漏电极耦接于一点，以该点作为输出端，用于输出电压信号。本发明专利技术利用氧化锌纳米线材料和氧化锌纳米线场效应晶体管制作技术以及互连技术，实现基于氧化锌纳米线场效应晶体管的直接耦合场效应逻辑的或非门逻辑电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化合物半导体材料和器件领域，尤其是涉及一种基于背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的直接耦合场效应逻辑(Direct-coupledFETLogic, 简称DCFL)的。
技术介绍
ZnO是一种n - VI族直接带隙的新型多功能化合物半导体材料，被称为 第三代宽禁带半导体材料。ZnO晶体为纤锌矿结构，禁带宽度约为3.37eV， 激子束缚能约为60meV。 ZnO具备半导体、光电、压电、热电、气敏和透明 导电等特性，在传感、声、光、电等诸多领域有着广阔的潜在应用价值。近年来，对ZnO材料和器件的研究受到广泛关注。研究范围涵盖了ZnO 体单晶、薄膜、量子线、量子点等材料的生长和特性以及ZnO传感器、透明 电极、压敏电阻、太阳能电池窗口、表面声波器件、探测器及发光二极管 (Light-emitting Diodes ，缩写LED)等器件的制备和研究方面。目前，已形 成多种方法用于ZnO材料的生长，并且研制出若干种类的ZnO器件及传感器， 但是P型ZnO材料的生长，ZnO纳米器件的制备及应用等问题依然需要深入 和系统的研究。ZnO是目前拥有纳米结构和特性最为丰富的材料，已实现的纳米结构包 括纳米线、纳米带、纳米环、纳米梳、纳米管等等。其中， 一维纳米线由于 材料的细微化，比表面积增加，具有常规体材料所不具备的表面效应、小尺 寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，晶体质量更好，载流子的运输性能 更为优越。 一维纳米线不仅可以实现基本的纳米尺度元器件(如激光器、传6感器、场效应晶体管、发光二极管、逻辑线路、自旋电子器件以及量子计算 机等)，而且还能用来连接各种纳米器件，可望在单一纳米线上实现具有复 杂功能的电子、光子及自旋信息处理器件。ZnO纳米线场效应晶体管(Nanowire Field-Effect Transistor,缩写NW FET)已成为国际研究的热点之一。ZnO—维纳米线作为沟道，与栅氧和栅金 属可以形成金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,缩写MOSFET)。由于ZnO纳米线的电学性能随周围 气氛中组成气体的改变而变化，比如未摻杂的ZnO对还原性、氧化性气体具 有优越的每文感性，因此能够对相应气体进行;险测和定量测试。这使得ZnO — 维纳米线场效应晶体管可以用于气体、湿度和化学传感器、光电和紫外探测 器、存储器(Memory)等应用领域。尤其是能够对有毒气体(如CO、 NH3 等)进行探测，通过场效应晶体管的跨导变化，即可检测出气体的组成及浓 度。与常规Sn02气体传感器相比，基于ZnO纳米线场效应晶体管的气体传 感器具有尺寸小，成本低，可重复利用等优点。综上所述，ZnO纳米线场效应晶体管的研制在纳米电子学和新型纳米传 感器方面具有重要的研究和应用价值，将会对国民经济的发展起到重要的推 动作用。基于纳米材料和器件的逻辑单元电路有利于开拓纳米器件和电路及其应 用的研究。但是由于本征ZnO为N型半导体，且制作的ZnO NW FET多为耗 尽型器件，制约了利用ZnO纳米线材料实现基于增强/耗尽型FET的逻辑电路 应用。
技术实现思路
为了克服ZnO纳米线材料在实现基于增强/耗尽型FET的逻辑电路应用方 面的局限性，本专利技术提供了一种基于背栅ZnO纳米线场效应晶体管的直接耦 合场效应逻辑的或非门逻辑电i 各及其形成方法。一种或非门逻辑电路，其中包括第一输入端，用于接收第一输入电压 信号；第二输入端，用于接收第二输入电压信号；第一增强型背栅氧化锌纳 米线场效应晶体管，其栅电极耦接至第一输入端，其源电极耦接至接地点； 第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其栅电极耦接至第二输入端， 其源电极耦接至接地点； 一耗尽型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其漏电 极耦接至电压源，其栅电极、其源电极、所述第一增强型背栅氧化锌纳米线 场效应晶体管的漏电极、以及所述第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体 管的漏电极耦接于一点，以该点作为输出端，用于输出电压信号。一种或非门逻辑电路形成方法，该或非门逻辑电路包括第 一增强型背栅 氧化锌纳米线场效应晶体管、第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管、 以及一耗尽型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管；其中，该形成方法包括所 述第一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的栅电极作为该或非门逻辑电 路的第一输入端，用于接收第一输入电压信号；所述第二增强型背栅氧化锌 纳米线场效应晶体管的栅电极作为该或非门逻辑电路的第二输入端，用于接 收第二输入电压信号；所述第 一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的源 电极耦接至接地点；所述第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的源电 极耦接至接地点；所述耗尽型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的漏电极耦接 至电压源；所述耗尽型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的栅电极、源电极、 所述第一增强型背;鼢氧化锌纳米线场效应晶体管的漏电极、以及所述第二增 强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的漏电极耦接于一点，以该点作为该或 非门逻辑电路的输出端，用于输出电压信号。本专利技术提供的，将两个增强型背栅ZnO NW FET及一耗尽型背栅ZnONW FET基于DCFL进行有效连接，克服了 ZnO纳 米线材料在实现基于增强/耗尽型FET的逻辑电路应用方面的局限性，实现了 基于ZnO NW FET的DCFL或非门逻辑单元的目的。附图说明图1为本专利技术一种或非门逻辑电路的结构示意图2为本专利技术一种或非门逻辑电路中耗尽型背栅ZnONWFET或增强型 背栅ZnO NW FET结构示意图3为本专利技术一种或非门逻辑电路形成方法的一流程示意图； 图4为本专利技术 一种或非门逻辑电路形成方法的另 一流程示意图； 图5为图4中步骤101制作耗尽型背栅ZnONWFET的流程图； 图6为图4中步骤102制作增强型背栅ZnONWFET的流程图； 图7图6中退火处理后的ZnO NW FET器件的转移特性曲线。具体实施例方式图1为本专利技术一种或非门逻辑电路的结构示意图。该或非门逻辑电路， 第一输入端，用于《^妄收第一输入电压信号Vini;第二输入端，用于接收第二 输入电压信号Vin2;第一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管(以下表示 为增强型背栅ZnONWFET—1 )，其栅电极耦接至第一输入端，其源电 极St耦接至接地点；第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管ZnO NW FET—2(以下表示为增强型背栅ZnONWFET—2),其4册电极G2耦接至第 二输入端，其源电极S2耦接至接地点； 一耗尽型背栅氧化锌纳米线场效应晶 体管ZnONWFET，其漏电极D耦接至电压源(图1中电压源为直流电源VDD), 其栅电极G、其源电极S、增强型背栅ZnONWFET—1的漏电极Dp以及、 增强型背栅ZnO NW FET—2的漏电极02耦接于一点A,以该点A作为输出 端，用于输出电压信号Vout。其中，增强型背栅ZnO NW FET一1的栅电极G,和增强型背栅ZnO NW FET一2的栅电极G2分别作为或非门逻辑单元的第一输入端和第二输入端，分 别用于接收第一输入电压信号Vh^和第二输入电压信号Vin2; A点作为或非 门逻辑单元的输出端，用于输出电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种或非门逻辑电路，其特征在于，包括：　第一输入端，用于接收第一输入电压信号；　第二输入端，用于接收第二输入电压信号；　第一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其栅电极耦接至第一输入端，其源电极耦接至接地点；　第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其栅电极耦接至第二输入端，其源电极耦接至接地点；　一耗尽型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其漏电极耦接至电压源，其栅电极、其源电极、所述第一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的漏电极、以及所述第二增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的漏电极耦接于一点，以该点作为输出端，用于输出电压信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐静波，张海英，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]