莫特晶體管及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種莫特晶體管及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]莫特(Mott)絕緣體是具有強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)的絕緣體，其通過熱、光和電場(chǎng)都可引起莫特絕緣體的金屬-絕緣體莫特轉(zhuǎn)變，這就使得莫特絕緣體可應(yīng)用于窗戶涂層、新型固態(tài)存儲(chǔ)器、超材料、莫特場(chǎng)效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域。目前，采用莫特絕緣體制備的莫特晶體管，其通常采用二氧化釩(VO2)作為晶體管的溝道層、離子液作為晶體管的柵介質(zhì)層，通過靜電調(diào)控使得二氧化釩在較高溫度下發(fā)生金屬-絕緣體莫特轉(zhuǎn)變。但是，采用離子液作為莫特晶體管的柵介質(zhì)層時(shí)，由于其存在漏液和熱穩(wěn)定性差等潛在問題，使得莫特晶體管的穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要針對(duì)傳統(tǒng)的采用離子液作為莫特晶體管的柵介質(zhì)層時(shí)存在漏液和熱穩(wěn)定性差，導(dǎo)致莫特晶體管的穩(wěn)定性較差的問題，提供一種莫特晶體管及制備方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的提供的一種莫特晶體管制備方法，包括如下步驟:
[0005]采用鍍膜工藝在襯底表面制備柵極，并在所述柵極表面依次制備柵介質(zhì)層和溝道層;并在未被所述溝道層覆蓋的所述柵介質(zhì)層表面制備源極和漏極，完成底柵結(jié)構(gòu)的莫特晶體管的制備；
[0006]或
[0007]采用所述鍍膜工藝在所述襯底表面依次制備所述溝道層和所述柵介質(zhì)層，并在未被所述柵介質(zhì)層覆蓋的所述溝道層表面制備所述源極和所述漏極，在所述柵介質(zhì)層表面制備所述柵極，完成頂柵結(jié)構(gòu)的莫特晶體管的制備；
[0008]其中，所述溝道層為莫特絕緣體薄膜；
[0009]所述柵介質(zhì)層為固態(tài)氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鍍膜工藝為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝、磁控濺射工藝、電子束蒸發(fā)工藝或脈沖激光沉積工藝。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，采用磁控濺射沉積工藝制備所述柵介質(zhì)層時(shí)的工藝條件為:
[0012]功率密度為0.64ff/cm2-2.55ff/cm2 ；
[0013]革E材至襯底之間的距離為8cm_20cm。
[0014]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種莫特晶體管，采用上述任一種莫特晶體管制備方法制備，包括:
[0015]襯底，形成于所述襯底上的柵極，依次形成于所述柵極上的柵介質(zhì)層和溝道層，以及形成于未被所述溝道層覆蓋的所述柵介質(zhì)層上的源極和漏極；
[0016]或
[0017]所述襯底，依次形成于所述襯底上的所述溝道層和所述柵介質(zhì)層，以及形成于未被所述柵介質(zhì)層覆蓋的所述溝道層上的所述源極和所述漏極，以及形成于所述柵介質(zhì)層上的所述柵極；
[0018]其中，所述溝道層為莫特絕緣體薄膜；
[0019]所述柵介質(zhì)層為固態(tài)氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述固態(tài)氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜的材料為二氧化硅、氧化鋁、氧化鎢、氧化鋯和氧化鉿中的至少一種。
[°021 ]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層的厚度為200nm—ΙΟμπι。
[0022]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述莫特絕緣體的材料為二氧化釩、氧化鈷、鈣鈦礦、鎳酸鹽、釔摻雜的Ca3Co409、氧摻雜的YBa2Cu307-s、NdNi03—IVO2-ZrV2O7復(fù)合材料、In/Si納米線、Fe3O4納米晶體或銅氧化物。
[0023]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述溝道層的厚度為5nm—120nm。
[0024]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述柵極、所述源極和所述漏極均為金屬膜或透明導(dǎo)電膜。
[0025]上述莫特晶體管制備方法的有益效果:
[0026]其通過在制備莫特晶體管過程中，將莫特晶體管中的柵介質(zhì)層制備成固態(tài)氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜結(jié)構(gòu)，同時(shí)將莫特晶體管中的溝道層制備為莫特絕緣體薄膜結(jié)構(gòu)，這就使得所制備的莫特晶體管為全固態(tài)結(jié)構(gòu)。由此，當(dāng)通過靜電調(diào)控進(jìn)行莫特晶體管中溝道層的莫特轉(zhuǎn)變時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)漏液和熱穩(wěn)定性差的問題，從而也就有效保證了莫特晶體管性能的穩(wěn)定性。最終有效解決了采用離子液作為莫特晶體管的柵介質(zhì)層時(shí)存在漏液和熱穩(wěn)定性差，導(dǎo)致莫特晶體管的穩(wěn)定性較差的問題。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的莫特晶體管的一具體實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明的莫特晶體管的另一具體實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為采用本發(fā)明的莫特晶體管制備方法的實(shí)施例一制備的莫特晶體管的柵介質(zhì)層/溝道層之間的界面電容數(shù)據(jù)圖；
[0030]圖4為采用本發(fā)明的莫特晶體管制備方法的實(shí)施例二制備的莫特晶體管的柵介質(zhì)層/溝道層之間的界面電容數(shù)據(jù)圖；
[0031]圖5為采用本發(fā)明的莫特晶體管制備方法的實(shí)施例二制備的莫特晶體管中的柵介質(zhì)層的掃描電子顯微鏡截面圖；
[0032]圖6為采用本發(fā)明的莫特晶體管制備方法的實(shí)施例三制備的莫特晶體管的柵介質(zhì)層/溝道層之間的界面電容數(shù)據(jù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明技術(shù)方案更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0034]首先，應(yīng)當(dāng)說明的是，莫特絕緣體指的是像N1(氧化鎳)、CoO(氧化鈷)、MnO(氧化錳)等過渡金屬簡(jiǎn)單氧化物。其中，上述過渡金屬氧化物的一個(gè)晶胞中具有奇數(shù)個(gè)價(jià)電子，按照能帶理論應(yīng)當(dāng)有良好的導(dǎo)電性，而實(shí)驗(yàn)表明卻是透明的絕緣體。
[0035]相應(yīng)的，莫特晶體管指的是以莫特絕緣體作為溝道層的晶體管。其能夠在熱、光和電場(chǎng)等調(diào)控下發(fā)生金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榻^緣體(或絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?的相變，即發(fā)生莫特轉(zhuǎn)變。
[0036]進(jìn)一步的，作為本發(fā)明的莫特晶體管，其既可為頂柵結(jié)構(gòu)，也可為底柵結(jié)構(gòu)。具體的:
[0037]參見圖1，為本發(fā)明頂柵結(jié)構(gòu)的莫特晶體管100。其包括襯底110、溝道層120、柵介質(zhì)層130、源極140、漏極150和柵極160。其中，溝道層120形成于襯底110上，柵介質(zhì)層130形成于溝道層120上。并且，源極140和漏極150分別形成于未被柵介質(zhì)層130覆蓋的溝道層120上，且彼此分開。柵極160則形成于柵介質(zhì)層130上。
[0038]參見圖2，為本發(fā)明底柵結(jié)構(gòu)的莫特晶體管100。其同樣包括襯底110、溝道層120、柵介質(zhì)層130、源極140、漏極150和柵極160。其中，襯底110上形成有柵極160，柵極160上依次形成有柵介質(zhì)層130和溝道層120。源極140和漏極150形成于未被溝道層120覆蓋的柵介質(zhì)層130上，且彼此分開。
[0039]其中，需要說明的是，在本發(fā)明的莫特晶體管100中，溝道層120為莫特絕緣體薄膜，柵介質(zhì)層130為固態(tài)氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜。即，采用莫特絕緣體材料制備溝道層120，且溝道層120的形態(tài)為固態(tài)薄膜狀。采用固態(tài)氧化物材料制備柵介質(zhì)層130，并且柵介質(zhì)層130的形態(tài)同樣為固態(tài)薄膜狀。由此使得本發(fā)明的莫特晶體管100不論是頂柵結(jié)構(gòu)，還是底柵結(jié)構(gòu)，其均為全固態(tài)晶體管。而采用固態(tài)的柵介質(zhì)層130和溝道層120的莫特晶體管100，在電場(chǎng)的調(diào)控下不會(huì)發(fā)生漏液現(xiàn)象，并且具有良好的熱穩(wěn)定性，由此有效保證了莫特晶體管100的良好的性能以及穩(wěn)定性。最終有效解決了傳統(tǒng)的采用離子液作為莫特晶體管的柵介質(zhì)層130時(shí)存在漏液和熱穩(wěn)定性差，導(dǎo)致莫特晶體管的穩(wěn)定性較差的問題。
[0040]進(jìn)一步的，采用固態(tài)氧化物制備固態(tài)氧化物質(zhì)子導(dǎo)體膜的柵介質(zhì)層130時(shí)，其材料可為二氧化娃(S12)、氧化鋁(Al2O3)、氧化媽(WOx)、氧化錯(cuò)和氧化給中的至少一種。并且，柵介質(zhì)層130的厚度可為200nm—1ym0
[0041]更進(jìn)一步的，采用莫特絕緣體材料制備莫特晶體管100的溝道層120時(shí)，莫特絕緣體材料可為二氧化釩、氧化鈷、鈣鈦礦、鎳酸鹽、釔摻雜的Ca3CcnO9、氧摻雜的YBa2Cu3O7-S、NdN13+VO2-ZrV2O7復(fù)合材料、In/Si納米線、Fe3O4納米晶體或銅氧化物。并且，溝道層120的厚度優(yōu)選為5nm—120nmo
[0042]另外，需要說明的是，源極140、棚.極160和漏極150可米用同種材料同時(shí)制備，從而有效節(jié)省莫特晶體管100的制備工藝流程，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。此處應(yīng)當(dāng)指出的是，源極140、柵極160和漏極150也可采用不同種材料制備。并且，源極140、柵極160和漏極150均可為金屬薄膜或透明導(dǎo)電膜。如:Ti/Au、Ni/Au等金屬膜或者氧化銦錫(ITO)膜、銦鋅氧(IZO)膜、鋁鋅氧(AZO)膜等透明導(dǎo)電膜。
[0043]另