隧穿晶体管制造技术

一种隧穿晶体管，其包括：一栅极；一绝缘层，该绝缘层设置于所述栅极的表面；一单根碳纳米管，该单根碳纳米管设置于所述绝缘层远离所述栅极的表面，所述单根碳纳米管为半导体性碳纳米管；一膜状结构，该膜状结构直接接触所述单根碳纳米管的一部分，所述膜状结构为二硫化钼膜或者二硫化钨膜；一源极，该源极与所述膜状结构电连接；以及一漏极，该漏极与所述单根碳纳米管电连接。根碳纳米管电连接。根碳纳米管电连接。

【技术实现步骤摘要】
隧穿晶体管


[0001]本专利技术涉及一种隧穿晶体管。

技术介绍

[0002]碳纳米管具有优异的机械和化学性质，并且具有长达1微米的长度以及晶体管面世促进了集成电路的诞生。随着集成电路的不断发展，半导体晶体管的发展朝向两个不同的方向：一是缩小晶体管的尺寸，二是提高晶体管的高频性能。
[0003]隧穿晶体管是利用量子隧穿效应构成的一种新型高速器件。隧穿晶体管是纳米电子器件家族中的重要成员之一，相较于其他纳米器件(例如单电子器件和量子点器件)，隧穿晶体管的发展更快、更成熟，已开始进入应用阶段。隧穿晶体管具有高频、高速工作、低工作电压和低功耗等特点。
[0004]碳纳米管可看作是由石墨层卷曲而成的一种一维管状纳米材料。由于原子间具有很强的成键方式以及特殊的原子排列结构，碳纳米管在力、热、光、电等诸多方面都表现了非常优异的性质以及广阔的应用前景。因此，将碳纳米管应用于隧穿晶体管中也是发展的趋势。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，确有必要提供一种使用了半导体性碳纳米管的隧穿晶体管，该隧穿晶体管具有较高的导通电流和较低的亚阈值摆幅。
[0006]一种隧穿晶体管，其包括一栅极、一绝缘层、一源极和一漏极，所述绝缘层设置于所述栅极的表面；所述隧穿晶体管进一步包括一单根碳纳米管和一膜状结构，所述单根碳纳米管设置于所述绝缘层远离所述栅极的表面，所述单根碳纳米管为半导体性碳纳米管；所述膜状结构直接接触所述单根碳纳米管的一部分，所述膜状结构为二硫化钼膜或者二硫化钨膜；所述源极与所述膜状结构电连接，所述漏极与所述单根碳纳米管电连接。
[0007]与现有技术相比，本专利技术提供的隧穿晶体管中的单根半导体性碳纳米管同时含有p型和n型，电子可以从p型的价带隧穿到n型的导带，即实现带间隧穿；并且一维的单根半导体性碳纳米管和二维的MoS2膜(或者WS2膜)之间具有强耦合的理想界面，可以提高导通电流、降低亚阈值摆幅。
附图说明
[0008]图1为本专利技术第一实施例提供的碳纳米管n型掺杂的方法的工艺流程图。
[0009]图2为本专利技术第一实施例提供的MoS2膜或者WS2膜覆盖并且直接接触单根碳纳米管的一部分的结构示意图。
[0010]图3为本专利技术第一实施例提供的MoS2膜或者WS2膜覆盖并且直接接触单根碳纳米管全部的上表面的结构示意图。
[0011]图4为本专利技术第二实施例提供的另一种碳纳米管n型掺杂的方法的工艺流程图。
[0012]图5为本专利技术第三实施例提供的第一碳纳米管复合结构的剖面结构示意图。
[0013]图6为本专利技术第三实施例提供的第二碳纳米管复合结构的剖面结构示意图。
[0014]图7为本专利技术第三实施例提供的第三碳纳米管复合结构的剖面结构示意图。
[0015]图8为本专利技术第三实施例提供的第四碳纳米管复合结构的俯视结构示意图。
[0016]图9为本专利技术第三实施例提供的第五碳纳米管复合结构的俯视结构示意图。
[0017]图10为本专利技术第三实施例提供的第六碳纳米管复合结构的俯视结构示意图。
[0018]图11为本专利技术第四实施例提供的背栅型隧穿晶体管的结构示意图。
[0019]图12为本专利技术第四实施例提供的背栅型隧穿晶体管的立体结构示意图。
[0020]图13为本专利技术第四实施例提供的以对数形式表示的所述背栅型隧穿晶体管的电流扫描图。
[0021]图14为本专利技术第四实施例提供的所述背栅型隧穿晶体管的转移特性曲线。
[0022]图15为本专利技术第四实施例提供的所述背栅型隧穿晶体管在BTBT工作模式下的典型输出特性曲线。
[0023]图16为本专利技术第四实施例提供的所述背栅型隧穿晶体管在pn结工作模式下的典型输出特性曲线。
[0024]图17为本专利技术第四实施例提供的所述背栅型隧穿晶体管在nn结工作模式下的典型输出特性曲线。
[0025]图18为本专利技术第四实施例提供的所述背栅型隧穿晶体管和单独碳纳米管晶体管的转移特性曲线。
[0026]图19为本专利技术第四实施例提供的所述背栅型隧穿晶体管的光电流图。
[0027]图20为本专利技术第四实施例提供的所述背栅型隧穿晶体管中半导体性碳纳米管和MoS2膜接触前的能带图。
[0028]图21为本专利技术第四实施例提供的所述背栅型隧穿晶体管的半导体性碳纳米管和MoS2膜接触后的能带图。
[0029]图22为本专利技术第四实施例提供的所述背栅型隧穿晶体管的在不同温度下的转移特性曲线。
[0030]图23为从图22中提取出的在扩散区域和BTBT区域的亚阈值摆幅。
[0031]图24为本专利技术第四实施例提供的以半对数标度绘制的所述背栅型隧穿晶体管中CNT
‑
MoS2异质结构在BTBT工作模式时不同栅极电压下的典型输出曲线。
[0032]图25为反向偏置时反向整流二极管的能带图。
[0033]图26为反向偏压下齐纳二极管的能带图。
[0034]图27为Vg＝20V时BTBT状态下的温度相关输出曲线。
[0035]图28为Vg＝20V时带间隧穿电流(BTBT电流)和正向偏置电流与温度的反斜率。
[0036]图29为温度为130K的源极漏极电流I
ds
映像图。
[0037]图30为单纯的金属性碳纳米管场效应晶体管和覆盖有MoS2膜的金属性碳纳米管场效应晶体管的转移特性曲线。
[0038]图31为本专利技术第五实施例提供的顶栅型隧穿晶体管的结构示意图。
[0039]图32为本专利技术第六实施例提供的碳纳米管p型掺杂的方法的工艺流程图。
[0040]图33为本专利技术第六实施例提供的二硒化钨(WSe2)膜或者黑磷(BP)膜覆盖并且直
接接触单根碳纳米管的一部分的结构示意图。
[0041]图34为本专利技术第六实施例提供的二硒化钨(WSe2)膜或者黑磷(BP)膜覆盖并且直接接触单根碳纳米管全部的上表面的结构示意图。
[0042]图35为覆盖有WSe2膜的碳纳米管场效应晶体管和单纯的碳纳米管场效应晶体管的转移特性曲线。
[0043]图36为本专利技术第七实施例提供的碳纳米管p型掺杂的方法的工艺流程图。
[0044]主要元件符号说明
[0045]单根碳纳米管
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[0046]膜状结构
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14
[0047]第一碳纳米管复合结构
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10
[0048]第二碳纳米管复合结构
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20
[0049]第三碳纳米管复合结构
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30
[0050]第四碳纳米管复合结构
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40
[0051]第五碳纳米管复合结构
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[0052]第六碳纳米管复合结构
ꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧穿晶体管，其包括一栅极、一绝缘层、一源极和一漏极，所述绝缘层设置于所述栅极的表面；其特征在于，所述隧穿晶体管进一步包括一单根碳纳米管和一膜状结构，所述单根碳纳米管设置于所述绝缘层远离所述栅极的表面，所述单根碳纳米管为半导体性碳纳米管；所述膜状结构直接接触所述单根碳纳米管的一部分，所述膜状结构为二硫化钼膜或者二硫化钨膜；所述源极与所述膜状结构电连接，所述漏极与所述单根碳纳米管电连接。2.如权利要求1所述的隧穿晶体管，其特征在于，所述二硫化钼膜的材料是二硫化钼，所述二硫化钨膜的材料是二硫化钨。3.如权利要求1所述的隧穿晶体管，其特征在于，所述膜状结构覆盖并直接接触所述单根碳纳米管的一部分，从而使所述单根碳纳米管直接接触所述膜状结构的部分为n型...

【专利技术属性】
技术研发人员：鹿高甜，魏洋，范守善，张跃钢，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：