一种基于氧化钨的P型场效应晶体管及其制备方法与流程

本发明涉及晶体管技术领域，尤其涉及一种基于氧化钨的p型场效应晶体管及其制备方法。

背景技术：

金属氧化物半导体材料凭借其本身高迁移率、高的可见光透过率以及优异的电学稳定性成为新型平板显示领域的主要研究对象。在众多过渡金属氧化物中，氧化钨已被深入研究，其中，三氧化钨是一种宽带隙半导体材料，禁带宽度2.4ev～3.5ev，因为其具有优异的电子传输特性、光电化学性能和光催化性能等，特别是薄膜形式，可用于先进技术应用。传统二氧化硅绝缘层介电常数太小，导致三氧化钨薄膜沟道的载流子浓度往往不足以表现出场效应特性。如何增加界面电荷密度成为制备三氧化钨场效应晶体管的难点。已有研究证明在晶体管结构中添加一层液态电解质如离子液体作为栅介质，在静电效应下可表现出电双层现象，从而诱导有源层载流子浓度大幅度增大而形成场效应特性。但是离子液体稳定性差和制备工艺难，并且无法进行器件集成，因此如何制备与固态电子器件兼容的氧化钨薄膜晶体管成为阻碍氧化物半导体器件发展的一个重点障碍。另一方面，目前制备的基于三氧化钨的场效应晶体管均为n型，而制作完整半导体电路需要n型和p型场效应器件，而基于氧化钨的p型场效应器件仍未能实现。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的在于提供一种基于氧化钨的p型场效应晶体管及其制备方法。

基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案：

一种基于氧化钨的p型场效应晶体管的制备方法，其包括：

提供固态电解质片作为衬底；

在所述衬底一表面上沉积暴露出沟道区域的绝缘薄膜；

在所述绝缘薄膜上以及所述沟道区域沉积三氧化钨有源层；

在所述有源层上蒸镀源、漏电极；

在所述衬底的另一表面沉积栅电极。

进一步的，所述固态电解质片为锂离子陶瓷。

进一步的，所述绝缘薄膜的厚度为10～50nm，所述绝缘薄膜是al2o3、sio2、si3n4、hfo2或zro2。

进一步的，所述三氧化钨有源层为非晶态薄膜，所述三氧化钨有源层的厚度为100-400nm。

进一步的，所述三氧化钨有源层的厚度为300nm。

进一步的，所述源、漏电极以及栅电极是au、ag、cu中的至少一种。

进一步的，所述沟道区域的宽度小于100μm。

进一步的，所述三氧化钨有源层的沉积包括，以纯度高于99.9％的三氧化钨纳米粉末为原材料，调整真空蒸镀腔室的压强为4×10^-4～5×10^-4pa、蒸发舟的温度为约1000℃时，真空蒸镀三氧化钨。

一种基于氧化钨的p型场效应晶体管，其包括：位于固态电解质片一表面的绝缘薄膜，所述绝缘薄膜中设置有条形沟道区域，位于所述绝缘薄膜上以及所述沟道区域的三氧化钨有源层，位于所述三氧化钨有源层上的源漏电极，以及位于所述固态电解质片另一表面的栅电极。

进一步的，所述三氧化钨有源层为非晶态薄膜，所述三氧化钨有源层的厚度为100-400nm，所述绝缘薄膜的厚度为10～50nm，所述绝缘薄膜的材料为al2o3、sio2、si3n4、hfo2或zro2，所述沟道区域的宽度小于100μm。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

(1)本发明将三氧化钨作为有源层应用于晶体管，器件制作皆使用真空镀膜方法，工艺简单，操作易完成，与目前集成电路工艺兼容。

(2)本发明将固态电解质作为栅介质，由于电解质极强的长程离子-电子耦合特性，当栅电极远离沟道区域时，仍能够对沟道的导电性产生极强的调控作用，所以降低了器件制作过程中的对准要求。并且，采用固态电解质作为栅介质，得到呈现为p型场效应调制作用的晶体管，空穴迁移率优于10^-2cm/vs。

附图说明

图1是本发明基于氧化钨的p型场效应晶体管结构示意图。

图2是本发明实施例所得的基于氧化钨的p型场效应晶体管的输出特性曲线图。

图3是本发明实施例所得的基于氧化钨的p型场效应晶体管的转移特性曲线图。

附图标记：01是栅电极，02是固态电解质层，03是绝缘层，04是三氧化钨有源层，05是源、漏电极。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

图1是本发明基于氧化钨的p型场效应晶体管的结构示意图，提供固态电解质片02，固态电解质片可以是锂离子陶瓷，位于固态电解质片02表面的绝缘薄膜03，绝缘薄膜03的厚度为10～50nm，该绝缘薄膜03的材料为al2o3、sio2、si3n4、hfo2或zro2。绝缘薄膜03中设置有条形沟道区域，条形沟道区域的宽度小于100μm。位于所述绝缘薄膜上及所述沟道区域的三氧化钨有源层04，三氧化钨有源层04为非晶态薄膜，其厚度为100-400nm。以及位于三氧化钨有源层04上的的源漏电极05，在固态电解质片02的另一表面设置有栅电极。源漏电极以及栅电极是au、ag、cu中的至少一种。

本发明将固态电解质片02作为栅介质，由于电解质极强的长程离子-电子耦合特性，当栅电极远离沟道区域时，仍能够对沟道的导电性产生极强的调控作用，所以降低了器件制作过程中的对准要求。

相对于上述场效应晶体管，本发明还提供一种基于氧化钨的p型场效应晶体管的制备方法：

步骤1、取尺寸为5mm的固态电解质片作衬底，在该实施例中，固态电解质片是锂离子陶瓷。

步骤2、在步骤1的固态电解质衬底上放置宽度80μm的掩膜板，预留一条沟道，再沉积一层绝缘薄膜，在该实施例中，该绝缘薄膜层是三氧化二铝，在其他实施例中，绝缘薄膜层可以是sio2、si3n4、hfo2或zro2等材料。完成后取下掩膜板。本步骤中绝缘薄膜以三氧化二铝靶材为原材料，通过原子层沉积法获得，沉积厚度为10～50nm，优选为10nm。

步骤3、在步骤2的三氧化二铝绝缘薄膜上，通过真空热蒸镀沉积三氧化钨非晶态薄膜以获得有源层。三氧化钨薄膜的厚度为100-400nm，在该实施例中优选300nm，称取0.2g三氧化钨纳米粉末作为蒸发源，该三氧化钨纳米粉末的纯度高于99.9％，在镀膜机腔体内抽真空直至压强达到4×10^-4pa后，承载三氧化钨纳米粉末的蒸发舟电源加至110a，蒸发舟温度约为1000℃，蒸镀厚度为300nm。

步骤4、在步骤3制备获得的三氧化钨层上，通过热蒸镀沉积源、漏电极，源漏电极是金属电极，具体可以是au、ag、cu中的至少一种。该实施例中取0.2gau为蒸发源，在镀膜机腔体内抽真空直至压强达到4×10^-4pa后，蒸发舟电源加至90a。蒸镀电极厚度60nm。

步骤5、在步骤4的基础上翻转固态电解质，在背部涂覆导电银浆作为栅电极，在其他实施例中，栅电极还可以是au或cu。

由此可见本发明的将三氧化钨作为有源层应用于晶体管，器件的制备使用真空镀膜法，工艺简单，操作易完成，可与目前集成电路工艺兼容。

图2-3是本发明实施例所得的基于氧化钨的p型场效应晶体管的输出特性曲线以及转移特性曲线图。

由图2可以得知，当栅极电压vg大于开启电压(接近0v)时，漏极电流isd几乎不随漏极电压vsd的增大而增大；当vg小于开启电压时，isd随着vsd的增大而增大，且vg负向增大时，同样的vsd对应的isd也会增大。

由图3可以得知，该实施例的开启电压约为0.6v，可计算得器件迁移率为7.6×10^-2cm²/vs。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。