一种SiC基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管

一种sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管
技术领域
1.本发明涉及纳米尺度场效应晶体管技术领域，特别涉及一种sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管。


背景技术：

2.集成电路发展一直遵循摩尔定律。随着器件特征尺寸不断减小，传统硅基场效应晶体管作为集成电路的核心器件已经达到其物理极限。出现的短沟道效应、量子效应等，严重影响器件性能，甚至导致器件无法正常工作。采用高k栅绝缘层、finfet结构和纳米管等技术的场效应晶体管，工艺实现成本高。而以石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷为代表的二维材料具有电子迁移率高、热导率高、弯曲性好等优点，已成为新一代电子器件的理想沟道材料。但当沟道长度尺寸减小至5.1nm时，大部分基于上述二维材料的场效应晶体管无法满足国际半导体技术路线图（international technology roadmap for semiconductors，itrs）的高性能要求。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提出采用宽禁带二维sic材料作为场效应晶体管的沟道材料，以解决沟道长度减小到5.1nm及以下时，场效应晶体管的性能缺陷，达到itrs的高性能要求。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其特征在于：包括源、漏电极，栅极，氧化层以及中间沟道散射区域。其中，源、漏电极为p型掺杂二维sic材料，栅极采用双栅结构，分为顶栅和底栅两部分，顶栅和底栅与中间沟道散射区域之间均包含一个氧化层。
5.优选地，所述栅极和沟道长度为小于等于5.1nm。
6.优选地，所述氧化层厚度为0.41nm。
7.优选地，所述中间沟道散射区域采用二维sic材料。
8.优选地，所述源、漏电极采用掺杂浓度分别为5*10
20 cm-2
，1*10
21 cm-2
和5*10
21 cm-2
的p型掺杂sic材料。
9.本发明的一种sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管具有下述优点：1）二维sic材料具有较大的禁带宽度、较大的电子饱和漂移速率、较强的抗震性、较高的抗辐射能力和导热率等优异的性质，可以满足现代半导体器件发展的新要求；2）器件的栅极长度减小至为5.1nm及以下时，晶体管可以正常关断，开态电流不小于900μa/μm，满足itrs的高性能要求；3）源、漏电极为p型掺杂二维sic材料，可极大减小器件尺寸，从而大幅度提升芯片的集成度。
附图说明
10.图1为本发明实施例的剖视结构示意图。
11.图2为本发明实施例的俯视结构示意图。
具体实施方式
12.如图1和图2所示，本实施例的sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管包括源、漏电极，栅极，氧化层以及中间沟道散射区域。所述源、漏电极为p型掺杂二维sic材料，所述栅极采用双栅结构，增强栅极对沟道的控制能力，分为顶栅和底栅两部分，所述顶栅和底栅与中间沟道散射区域之间均包含一个氧化层，所述中间沟道散射区域采用的是宽禁带的二维sic材料，sic为六边形晶格的布拉菲晶格，其矢量的大小为3.071
å
，si-c键长为1.773
å
，所述源电极和漏电极之间的偏压为v
ds
，栅极与源电极之间的偏压为v
gs
， z方向为电子输运方向。
13.本实施例中，栅极和沟道的长度为5.1nm和4.1nm。
14.本实施例中，氧化层厚度为0.41nm。
15.本实施例中，中间沟道散射区域的材料为二维sic材料。
16.本实施例中，采用掺杂浓度分别为5*10
20 cm-2
，1*10
21 cm-2
和5*10
21 cm-2
的p型掺杂sic材料作为源、漏电极。
17.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其特征在于：包括源、漏电极，栅极，氧化层以及中间沟道散射区域；其中，源、漏电极为p型掺杂二维sic材料，栅极采用双栅结构，分为顶栅和底栅两部分，顶栅和底栅与中间沟道散射区域之间均包含一个氧化层。2.根据权利要求1所述的sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其特征在于：所述栅极和沟道长度小于等于5.1 nm。3.根据权利要求1所述的sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其特征在于：所述氧化层厚度为0.41 nm。4.根据权利要求1所述的sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其特征在于：所述中间沟道散射区域的材料为二维sic材料。5.根据权利要求1所述的sic基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其特征在于：所述源、漏电极采用掺杂浓度分别为5*10
20 cm-2
，1*10
21 cm-2
和5*10
21 cm-2
的p型掺杂二维sic材料。

技术总结
本发明公开了一种SiC基纳米尺度金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其结构包括源、漏电极，栅极，氧化层以及中间沟道散射区域。其中，源、漏电极采用p型掺杂二维SiC材料；栅极采用双栅结构，分为顶栅和底栅；顶栅和底栅与中间沟道散射区域之间均包含一个氧化层；中间沟道散射区域采用二维SiC材料。本发明采用宽禁带二维SiC材料作为衬底，p型掺杂二维SiC作为源、漏电极，可以有效解决沟道长度缩小至10nm以下时，短沟道效应和量子效应引起的器件性能缺陷；双栅结构增强栅极对沟道的控制能力，加强栅极对沟道区域电子的控制。当沟道长度小于等于5.1nm时，晶体管关态电流小于0.1μA/μm，能实现正常关断；开态电流大于900μA/μm，满足国际半导体技术路线图（ITRS）的高性能要求。国际半导体技术路线图（ITRS）的高性能要求。国际半导体技术路线图（ITRS）的高性能要求。


技术研发人员：谢海情 崔凯月 蔡稀雅 陈振华 谢进
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/7/5