CN109037339B - 一种非对称型结构的可重构场效应晶体管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非对称型结构的可重构场效应晶体管，包括设置在沟道两端的源极和漏极，以及分别设置在源极和漏极一侧的控制栅极和极性栅极组成的场效应晶体管，其特点是极性栅极在靠近漏极一侧设有淀积侧墙的欠重叠区，构成非对称型结构的可重构场效应晶体管。本发明与现有技术相比具有理想的开态、关态电流和较大的电流开关比，以及陡峭的亚阈值摆幅等，器件为n‑FET结构时与器件为p‑FET结构时的电流开关比均有显著的提高，而且与对称型可重构晶体管相比关态电流几乎相同，有效地控制了漏电流。
Description
技术领域
本发明涉及晶体管逻辑器件技术领域，尤其是一种用于CMOS超大集成电路的非对称型结构的可重构场效应晶体管。
背景技术
随着器件尺寸不断缩小，未来十年内可能将达到其物理极限，因此在保持器件尺寸一定的情况下，需要新的方式增强器件功能。器件级别的可重配置性有望实现更复杂且器件数量更低的电路。在过去的几年里，已经提出了一些新颖的结构来实现器件的可重构性，在这些可重新配置的场效应晶体管（RFET）中，通过对双栅极施加以不同的电压偏置，调整器件沟道载流子极性，实现n型器件与p型器件的轮换。当控制栅极电压（VG1）从负值扫描到正值并且漏极和极性栅极（G2）保持固定的正偏置时，沟道能带开始向下弯曲，使得电子更容易从源极隧穿，进入沟道区域，器件由此表现为n-FET特性。同时为了使该器件起到p-FET的作用，必须提供交替偏置，控制栅极（G1）由正值扫描到负值，极性栅极（G2）保持固定的负值不变，此时沟道的能带向上弯曲，完成空穴从源端向漏端的隧穿，器件由此表现为p-FET。器件的源极和漏极为高灵敏度的金属硅化物，源/漏与沟道形成的肖特基接触是器件实现极性转换的关键，允许重新配置器件极性，并将大部分载流子注入到沟道区域，所以这种可重构器件具有理想的开态、关态电流，较大的电流开关比，以及陡峭的亚阈值摆幅等。
目前，在对可重构晶体管的研究上，许多研究人员从结构上对器件的性能进行改良，提出了在源漏两端增加一段“underlap”的对称结构，由于“underlap”的存在，使得器件的关态漏电流得以大幅度的降低。但是由于器件两端“underlap”的存在，器件的开态电流也受到一定的削弱，所以如何在保持器件关态电流足够小、提高器件开态电流，提升器件的电流开关比，是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种非对称型结构的可重构场效应晶体管，采用极性栅极在靠近漏极一侧设置欠重叠区的非对称型结构，在实现n与p型两种不同结构器件的轮换和重构时，使得控制栅极下方沟道的耦合作用加强，减小了沟道靠近源极肖特基势垒的宽度，大大降低了肖特基势垒的阻值，增大了载流子在源端隧穿的几率，从而增大了器件的开态电流，进一步提高器件的开态性能和电流开关比，有效地控制了漏电流，结构简单，制作方便。
本发明的目的是这样实现的：一种非对称型结构的可重构场效应晶体管，包括设置在沟道两端的源极和漏极，以及分别设置在源极和漏极一侧的控制栅极和极性栅极组成的场效应晶体管，其特点是极性栅极与漏极之间的沟道上设有侧墙的欠重叠区，构成非对称型结构的可重构场效应晶体管，所述沟道为碳纳米管、石墨烯管或硅纳米线材料构成；所述源极和漏极为淀积在沟道外层的硅化镍或二硅化镍形成的电极；所述控制栅极和极性栅极为淀积在沟道外层的栅氧介质层经光刻后形成的电极；所述侧墙为淀积在沟道外层的氮化硅、二氧化硅或低K介质材料构成。
所述侧墙设置在极性栅极一侧，其厚度≤欠重叠区的长度 。
本发明与现有技术相比具有理想的开态、关态电流和较大的电流开关比，以及陡峭的亚阈值摆幅等，器件为n-FET结构时的电流开关比与器件为p-FET结构时的电流开关比均有显著的提高，而且两种不同结构的晶体管关态电流几乎相同，有效地控制了漏电流。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的A-A剖面示意图；
图4为本发明制作过程示意图；
图5为本发明的ID-VG1对比图；
图6为n-FET结构时的能带对比图；
图7为p-FET结构时的能带对比图。
具体实施方式
以下通过具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
参阅附图1～图3，本发明由设置在沟道1两端的源极3和漏极4，以及分别设置在源极3和漏极4一侧的控制栅极5、极性栅极6和侧墙7构成非对称型结构的可重构场效应晶体管，所述极性栅极6与漏极4之间的沟道1上为设有侧墙7的欠重叠区8；所述沟道1为碳纳米管、石墨烯管或硅纳米线材料构成；所述源极3和漏极4为淀积在沟道1外层的硅化镍或二硅化镍形成的电极；所述控制栅极5和极性栅极6为淀积在沟道1外层的栅氧介质层2经光刻后形成的电极；所述侧墙7为淀积在沟道1外层的氮化硅、二氧化硅或低K介质材料构成；所述侧墙7设置在靠近极性栅极6一侧，且厚度≤欠重叠区8的长度。
本发明的具体制作按下述步骤实施：
参阅附图4a，生长纳米线形成沟道1。
参阅附图4b，在沟道1外层生长栅氧介质层2。
参阅附图4c，在沟道1两端刻蚀栅氧介质层2，刻蚀后沉积硅化镍，退火后形成金属硅化物的源极3和漏极4；在靠近漏极4一侧刻蚀栅氧介质层2为欠重叠区8。
参阅附图4d，光刻源极3与欠重叠区8之间的栅氧介质层2，在沟道1上形成的两个金属栅电极，靠近源极3一侧的为控制栅极5，靠近漏极4一侧的为极性栅极6。
阅附图4e，在极性栅极6靠近漏极4一侧淀积氮化硅、二氧化硅或低K介质材料形成侧墙7，其厚度≤欠重叠区8的长度。
本发明由于在源极3端没有欠重叠区8的存在，使得器件工作在饱和区时，控制栅极5在源极3端靠近沟道1的肖特基结处，对沟道1耦合的能力加大，控制栅极5对沟道1的纵向电场增强，使得靠近源极3端的肖特基势垒的宽度越窄，肖特基势垒电阻减小，从而增大了载流子在源极3隧穿的几率，增大了器件的开态电流，提升了器件的电流开关比，同时由于器件在漏极4端存在欠重叠区8，器件在关态时漏电流几乎不受影响。
参阅附图5，本发明为n-FET结构时，它的开态电流为1.28e-6A，相较于对称型可重构器件的8.50e-8A，有了显著的提高，电流开关比提升了约21倍；当发明为p-FET结构时，器件的开态电流为6.11e-7A，相较于对称型可重构器件的2.87e-8A，开态电流也有明显的提升，电流开关比提升了约15倍。可以看出两种不同结构的晶体管的关态电流几乎相同，这是由于器件在靠近漏端一侧都具有欠重叠区的存在，有效地控制了漏电流。
参阅附图6～图7，本发明表现出优越的开态特性，可以从能带图中得出解释，这是因为非对称型结构使得控制栅极5下方沟道1的耦合作用加强，直接导致沟道1在靠近源极肖特基势垒宽度的减小，肖特基势垒电阻减小，从而增大了载流子在源端隧穿的几率，从而增大了器件的开态电流。
以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。
Claims (2)
1.一种非对称型结构的可重构场效应晶体管，包括设置在沟道两端的源极和漏极，以及设置在源极一侧的控制栅极和设置在漏极一侧的极性栅极组成的场效应晶体管，其特征在于极性栅极与漏极之间的沟道上设有侧墙和欠重叠区，控制栅极与源极之间的沟道上没有侧墙和欠重叠区，构成非对称型结构的可重构场效应晶体管，所述沟道为碳纳米管、石墨烯管或硅纳米线材料构成；所述源极和漏极为淀积在沟道外层的硅化镍或二硅化镍形成的电极；所述控制栅极和极性栅极为淀积在经光刻的栅氧介质层上的电极；所述侧墙为淀积在沟道外层的低K介质材料构成。
2.根据权利要求1所述非对称型结构的可重构场效应晶体管，其特征在于所述侧墙设置在极性栅极一侧，其厚度≤欠重叠区的长度。
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