【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及场效应晶体管领域，尤其涉及一种能隙调控场效应晶体管、集成电路和电子设备。
技术介绍
1、亚阈值摆幅也称亚阈值斜率，其定义为亚阈值区漏端电流增加一个数量级所需要增大的栅电压，反映了电流从关态到开态的转换陡直度，具体对应于采用半对数坐标的器件转移特性曲线中亚阈值区线段斜率的倒数。
2、传统金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)由于无法突破玻尔兹曼限制，亚阈值摆幅较大，通常，亚阈值摆幅大于60mv/decade，电源电压vdd无法降低。
3、目前业界对beyond cmos技术的研究十分关注，即利用新型器件，实现器件集成、电路性能提升并降低功耗。beyond cmos技术的核心在于打破传统mos晶体管亚阈值摆幅的热力学平衡极限(60mv/decade)。
4、目前，提高场效应晶体管的亚阈值摆幅的主要路径包括：1、改变载流子的运输机制，例如基于btbt(band-to-band tunneling)机制的遂穿场效应晶体管(tunnel fet，tfet)，然而其隧穿机制导致开态工作电流很低。2、源端态密度调控，例如dirac源晶体管、冷源晶体管等，但是其“冷电子”再热化问题仍需解决。3、栅极氧化层替换成铁电材料构成负电容晶体管(negative capacitance fet，ncfet)，然而其运行机理、高频特性、耐疲劳性等问题仍需要解决。
5、因此，如何提高场效应
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种能隙调控场效应晶体管、集成电路和电子设备，旨在降低场效应晶体管的亚阈值摆幅。
2、为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
3、本申请的第一方面，提供一种能隙调控场效应晶体管，能隙调控场效应晶体管包括：源极、栅极、漏极、沟道和栅介质层；该沟道位于该源极和该漏极之间；该源极和该漏极通过该沟道电连接，该栅介质层位于该沟道表面，该栅极位于该栅介质层远离该沟道的表面，该栅极用于向该沟道提供垂直于该沟道的电场。该沟道材料包括能隙受电场调控的材料，用于在栅极电压增大时，沟道势垒减小。由此，当能隙调控场效应晶体管的栅极电压发生变化后，沟道材料的能隙发生变化，载流子越过势垒需要的能量降低。沟道从关态到开态需要的电压降低，场效应晶体管的漏电流从关态到开态的转换陡直度更陡，亚阈值摆幅降低。场效应晶体管的电源电压降低，其功耗降低。
4、结合第一方面，在一些可实现的方式中，当该栅极的电压增大至电源电压时，该沟道的能隙最小。由此，栅极电压为电源电压时，从关态到开态的转换过程需要的电压降低，降低电源电压，从而降低能耗。
5、结合第一方面，在一些可实现的方式中，能隙受电场调控的材料包括：拓扑材料。拓扑材料的能隙可以受电场调控，有利于降低亚阈值摆幅，可以降低能隙调控场效应晶体管的能耗。另外，拓扑材料中受拓扑保护的载流子由于背散射禁止有利于实现无损耗传输。
6、结合第一方面，在一些可实现的方式中，能隙受电场调控的材料包括：na3bi和mx2中的至少一种；其中，m为钼或者钨；x为硫、硒或者碲。由此，栅电压变化后na3bi和mx2的能隙发生变化。
7、结合第一方面，在一些可实现的方式中，该能隙调控场效应晶体管还包括衬底；该源极、该漏极和该沟道均形成在该衬底上，衬底的材料包括：ii-iv族、iii-v族、iv-iv族的二元或三元化合物半导体、硅、锗、绝缘体上锗、绝缘体上硅中的任一种。本申请提供的场效应晶体管适用于较多的衬底材料，可实现方式广。
8、结合第一方面，在一些可实现的方式中，该能隙调控场效应晶体管为金属-氧化物半导体场效应管、鳍结构式场效应晶体管和环绕栅极场效应晶体管中的任一种。由此，本申请实施例提供的金属-氧化物半导体场效应管、鳍结构式场效应晶体管或者环绕栅极场效应晶体管均有较低的亚阈值摆幅、较低的电源电压，功耗小。前述类型的场效应晶体管可以适用于不同领域。
9、本申请第二方面，提供一种集成电路，所述集成电路包括高频单元和低频单元，所述低频单元包括至少一个上述第一方面提供的任一种能隙调控场效应晶体管，所述能隙调控场效应晶体管与所述高频单元信号连接。由于上述第一方面提供的任一种能隙调控场效应晶体管的亚阈值摆幅低、电源电压底、功耗小。由此，包括该场效应晶体管的集成电路也具有功耗小的优点。
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1.一种能隙调控场效应晶体管，其特征在于，所述场效应晶体管包括：源极、栅极、漏极、沟道和栅介质层；所述沟道位于所述源极和所述漏极之间；所述源极和所述漏极通过所述沟道电连接，所述栅介质层位于所述沟道表面，所述栅极位于所述栅介质层远离所述沟道的表面，所述栅极用于向所述沟道提供垂直于所述沟道的电场；
2.根据权利要求1所述的能隙调控场效应晶体管，其特征在于，当所述栅极的电压增大至电源电压时，所述沟道的材料的能隙最小。
3.根据权利要求1所述的能隙调控场效应晶体管，其特征在于，所述能隙受电场调控的材料包括：拓扑材料。
4.根据权利要求1所述的能隙调控场效应晶体管，其特征在于，所述能隙受电场调控的材料包括：Na3Bi和MX2中的至少一种；
5.根据权利要求1-4任一项所述的能隙调控场效应晶体管，其特征在于，所述场效应晶体管还包括衬底；所述源极、所述漏极和所述沟道均形成在所述衬底上，所述衬底的材料包括：II-IV族、III-V族、IV-IV族的二元或三元化合物半导体、硅、锗、绝缘体上锗、绝缘体上硅中的任一种。
6.根据权利要求1-5
7.一种集成电路，其特征在于，所述集成电路包括高频单元和低频单元，所述低频单元包括至少一个权利要求1-6任一项所述的能隙调控场效应晶体管，所述能隙调控场效应晶体管与所述高频单元信号连接。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：壳体和权利要求7所述的集成电路，所述集成电路收纳于所述壳体内。
...【技术特征摘要】
1.一种能隙调控场效应晶体管，其特征在于，所述场效应晶体管包括：源极、栅极、漏极、沟道和栅介质层；所述沟道位于所述源极和所述漏极之间；所述源极和所述漏极通过所述沟道电连接，所述栅介质层位于所述沟道表面，所述栅极位于所述栅介质层远离所述沟道的表面，所述栅极用于向所述沟道提供垂直于所述沟道的电场；
2.根据权利要求1所述的能隙调控场效应晶体管，其特征在于，当所述栅极的电压增大至电源电压时，所述沟道的材料的能隙最小。
3.根据权利要求1所述的能隙调控场效应晶体管，其特征在于，所述能隙受电场调控的材料包括：拓扑材料。
4.根据权利要求1所述的能隙调控场效应晶体管，其特征在于，所述能隙受电场调控的材料包括：na3bi和mx2中的至少一种；
5.根据权利要求1-4任一项所述的能隙调控场效应晶...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂晓昂，侯朝昭，张强，王嘉乐，王洁尘，董耀旗，许俊豪，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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