非门逻辑电路及其形成方法技术

本发明专利技术涉及非门逻辑电路及其形成方法。该非门逻辑电路，包括：一输入端，用于接收输入电压信号；一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其栅电极耦接至所述输入端，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、以及所述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非门逻辑电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及4乜4-物半导^K衧料和器件领二或，尤其是涉及基于貧栅fU乜4争纳米线场效应晶体管的直4妄耦合场效应逻辑(Direct-coupled FET Logic ，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、气壽文和透明 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〗介值。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5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，比如未掺杂的ZnO对还原性、氧化性气体具 有优越的敏感性，因此能够对相应气体进行检测和定量测试。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ZnONWFET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。一种非门逻辑电路，其中包括 一输入端，用于接收输入电压信号；一 增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其栅电极耦接至所述输入端，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、以及所述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。一种非门逻辑电路形成方法，该非门逻辑电路包括一增强型背栅氧化锌 纳米线场效应晶体管及一耗尽型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管；其中，该 形成方法包括所述增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的栅电极作为该 非门逻辑电路的输入端，用于接收输入电压信号；所述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、以及所述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，将一增强型背栅ZnONWFET 及一耗尽型背栅ZnONWFET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非门逻辑单元的目的。附图说明图1为本专利技术一种非门逻辑电路的结构示意图2为本专利技术一种非门逻辑电路中耗尽型背栅ZnO NW FET或增强型背 栅ZnO NW FET的结构示意图3为本专利技术一种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为本专利技术一种非门逻辑电路的结构示意图。该非门逻辑电路，包括 一输入端，用于接收输入电压信号Vin; —增强型背栅ZnONWFET 100，其 栅电极Gl耦接至输入端，其源电极SI耦接至接地点；以及一耗尽型背栅ZnO NWFET200，其漏电极D2耦接至电压源(图1中电压源为直流电源VDD ), 其栅电极G2、其源电极S2、以及增强型背栅ZnONWFET 100的漏电极D1 耦接于一点A，以该点A作为输出端，用于输出电压信号Vout。由于耗尽型背栅ZnO NW FET 200的栅电极G2和源电极S2相连，使得 耗尽型背栅ZnO NW FET 200的栅电压为零伏，大于耗尽型背栅ZnO NW FET 200的阈值电压(耗尽型背栅ZnONWFET200的阈值电压为一负电压)，所 以耗尽型背栅ZnO NW FET 200处于常开状态，当输入端的输入电压信号Vin 为低电位，即小于增强型背栅ZnONWFET 100的阈值电压(增强型背栅ZnO NWFET 100的阈值电压为一正电压)时，增强型背栅ZnONWFET 100处于 截止状态，此时输出端A点处于高电位。当输入端信号Vin电压值为高电位， 即大于增强型ZnO NW FET 100的阈值电压时，增强型ZnO NW FET 100处 于开启状态，此时输出端A点处于低电位。可以看出，输入端信号Vin的电 位和输出端信号Vout的电位处于反相状态，乂人而形成DCFL非门逻辑单元电 路。其中耗尽型背栅ZnO NWFET或增强型背栅ZnO NWFET,如图2所示 包括栅氧介质Si02，利用PECVD (等离子体增强化学气相沉积)生长于P+ -Si4t底的正面；背栅电极，通过蒸发金属形成于？+-81衬底的背面；规则的周期性排列的十字型定位标记，通过依次光刻定位标记图形、蒸发金属、剥离金属，形成于？+-&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非门逻辑电路，其特征在于，包括：　一输入端，用于接收输入电压信号；　一增强型背栅氧化锌纳米线场效应晶体管，其栅电极耦接至所述输入端，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、以及所述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]